CN202855699U

CN202855699U - 一种曲折波导慢波线

Info

Publication number: CN202855699U
Application number: CN 201220550574
Authority: CN
Inventors: 侯艳; 宫玉彬; 王少萌; 徐进; 魏彦玉
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2022-10-25

Abstract

本实用新型公开了一种曲折波导慢波线，包括曲折波导以及多片金属脊片和金属翼片，曲折波导由一系列的圆弧弯曲波导或直角弯曲波导与直波导首尾连接而成；在直波导内壁沿宽边方向都各加载有一片一定厚度的金属脊片，沿窄边内壁方向都各加载有一片一定厚度的金属翼片。在直波导宽边内壁和金属脊片上沿曲折波导的中轴对称线的位置处开有圆形通孔，相邻两个曲折单元的直波导的圆形通孔之间，采用与圆形通孔孔径尺寸相同的金属管连接，形成电子注通道。通过测试，在相同的结构尺寸下，本实用新型曲折波导慢波线的色散曲线更平坦，能工作在更宽的频带范围，工作频带更宽，同时，耦合阻抗也得到了提高。

Description

一种曲折波导慢波线

技术领域

本实用新型属于微波真空电子器件技术领域，更为具体地讲，涉及行波管的注-波互作用器件：一种曲折波导慢波线。

背景技术

行波管作为微波频段应用最为广泛的电真空器件，在毫米波雷达、通信、微波遥感、辐射测量等众多领域具有突出的应用地位。而慢波结构（慢波线）则是行波管注-波互作用的核心部件，其性能优劣直接决定了行波管的技术水平。

目前，行波管在输出功率和工作带宽上存在严重的矛盾。螺旋慢波线及其变形类慢波线行波管具有很宽的带宽，但输出功率受散热条件限制而相对较小；而耦合腔和梯形线，这类行波管由于是全金属结构，功率容量一般可比螺旋慢波线类行波管高一个数量级以上，但是由于带边震荡的影响，其带宽十分窄。并且随着工作频率的升高，特别是在短毫米波段甚至是太赫兹波段，器件的尺寸将变得很小，传统的螺旋慢波线和耦合腔行波管将难以加工，螺旋慢波线行波管目前也只能工作在60GHz以下，而耦合腔行波管的精密加工以及装配都面临着巨大的困难和挑战。因此，开展既具有大的功率容量，又具有更宽的工作带宽的新型慢波线的研究就显得非常重要。

曲折波导慢波线，是一类新型全金属慢波线，该慢波线在实现大功率容量的同时，具有良好的带宽性能，并且具有机械强度高、散热好、功率容量大、加工比较容易以及输入输出耦合结构相对简单等优点。同时，由于可以采用微细加工技术来制造，使得以曲折波导慢波结构为核心的微型曲折波导行波管在毫米波段很有潜力成为一种大功率的小型辐射源。在宽带毫米波通讯等领域具有很好的应用前景。但是，由于曲折波导慢波线属于基波为返向波的系统，工作在负一次空间谐波上，因此耦合阻抗低，而耦合阻抗作为表征慢波系统和电子相互作用强弱的参量，与行波管的增益和效率直接相关。根据已有的国内外相关实验报道，由于曲折波导慢波线的耦合阻抗低，使得行波管整体的增益和效率被限制了。

在2011年02月09日授权公告的、公告号为CN 101651074B、名称为“一种脊加载曲折波导慢波线”中，申请人通过在每个曲折单元的直波导内壁加载一定厚度的金属脊片；在波导壁和金属脊片上沿慢波结构的中轴对称线的位置处开有一圆形通孔，相邻两个曲折单元的直波导的圆形通孔之间，采用与圆形通孔孔径相同的金属管连接，形成电子注通道的方式，在一定程度上提高了曲折波导慢波线的耦合阻抗。但工作频带较窄，其耦合阻抗有进一步提高的必要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种曲折波导慢波线，在同等尺寸下提高曲折波导慢波线的工作频带，并进一步提高其耦合阻抗，从而使行波管具有更高的增益和效率。

为实现上述实用新型目的，本实用新型曲折波导慢波线，包括：

一曲折波导，该曲折波导由一系列的圆弧弯曲波导或直角弯曲波导与直波导首尾连接而成，并等同于由矩形波导沿电场面周期性弯曲成U型曲折线或直角型曲折线的曲折波导结构；

多片金属脊片，在每个直波导内壁沿宽边方向都各加载有一片一定厚度的金属脊片；

在直波导宽边和金属脊片上沿曲折波导的中轴对称线的位置处开有圆形通孔，相邻两个直波导的圆形通孔之间，采用与圆形通孔孔径尺寸相同的金属管连接，形成电子注通道；金属脊片宽度w₁、厚度d₁、高度h₁满足：

2r₀<w₁≤a,0<d₁<0.5b,2r₀<h₁≤H；

其中，a为直波导宽边长度，b为直波导窄边长度，r₀为电子注通道的半径，H是直波导的高度；

其特征在于，还包括：

多个金属翼片，在直波导内壁沿窄边内壁方向都各加载有一片一定厚度的金属翼片；

金属翼片宽度w₂、厚度d₂、高度h₂满足：

w₂≤b,0<d₂<0.5a,h₂≤H；

本实用新型的发明目的是这样实现的：

本实用新型曲折波导慢波线，包括曲折波导以及多片金属脊片和金属翼片，曲折波导由一系列的圆弧弯曲波导或直角弯曲波导与直波导首尾连接而成；在直波导内壁沿宽边方向都各加载有一片一定厚度的金属脊片，在直波导内壁沿窄边内壁方向都各加载有一片一定厚度的金属翼片。在直波导宽边内部壁和金属脊片上沿曲折波导的中轴对称线的位置处开有圆形通孔，相邻两个曲折单元的直波导的圆形通孔之间，采用与圆形通孔孔径尺寸相同的金属管连接，形成电子注通道。通过测试，在相同的结构尺寸下，本实用新型曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线的色散曲线更平坦，能工作在更宽的频带范围，工作频带更宽；同时，在相同的工作频率下，本实用新型曲折波导慢波线具有更大的尺寸参数。此外，通过测试，本实用新型曲折波导慢波线的耦合阻抗也得到了提高。

附图说明

图1是本实用新型曲折波导慢波线一种具体实施方式结构图；

图2是图1所示的曲折波导慢波线的三维剖面图；

图3是图1所示的曲折波导慢波线的波导内部空间示意图；

图4是图1所示的曲折波导慢波线的横截面图；

图5是图1所示的曲折波导慢波线的纵截面图；

图6是普通曲折波导慢波线、脊加载曲折波导慢波线和本实用新型曲折波导慢波结构的色散特性比较图；

图7是普通曲折波导慢波线、脊加载曲折波导慢波线和本实用新型曲折波导慢波线的耦合阻抗比较图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本实用新型。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本实用新型的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

在本实施例中，如图1~5所示，曲折波导由一系列的圆弧弯曲波导和直波导首尾连接而成。当然在具体实施过程中，也可以采用直角弯曲波导和直波导首尾连接而成。曲折波导等同于由矩形波导1沿电场面周期性弯曲成U型曲折线（或直角型曲折线）形成的曲折波导结构。在每个直波导内壁沿宽边方向都各自加载有一定厚度的金属脊片4，同时沿窄边内壁方向加载有一定厚度的金属翼片5,在直波导宽边和金属脊片上沿曲折波导的中轴对称线2的位置处开有圆形通孔，相邻两个直波导的圆形通孔之间，采用与圆形通孔的孔径尺寸相同的金属管3连接，形成电子注通道。

在图3中，A位置用于加载金属脊片，B位置用于加载金属翼片，C位置用于放置金属管。

本实用新型曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线的尺寸参数如图4、图5所示，a为直波导宽边长度，b为直波导窄边长度，r₀为电子注通道的半径，H是直波导的高度，L为单个曲折周期结构的曲折长度，w₁、d₁、h₁金属脊片宽度、厚度、高度；w₂、d₂、h₂金属翼片宽度、厚度、高度。

在本实施例中，本实用新型曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线的金属翼片宽度w₂<b-2d₁，厚度0<d₂<a/2-r₀,具体结构尺寸（单位：mm）为：a=1.15,b=0.17,H＝0.295,L=0.7032,r₀=0.09,w₁=0.805,d₁=0.034,h₁=0.295,w₂=0.102,d₂=0.1725,h₂=0.2065。对脊翼加载曲折波导慢波线进行测试，获得其色散特性和耦合阻抗，并与相同尺寸的普通曲折波导、脊加载曲折波导慢波线进行比较，测试结果如图6、图7所示。其中曲线6和曲线10分别是普通曲折波导慢波结构的色散特性曲线和耦合阻抗曲线，曲线7和曲线11分别是脊加载曲折波导慢波结构的色散特性曲线和耦合阻抗曲线，曲线8和曲线12分别是本实用新型曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线的色散特性曲线和耦合阻抗曲线。

在另一实例中，曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线结构尺寸（单位：mm）：a=1.6,b=0.3,H＝0.42,L=1.0009,r₀=0.18,w₁=1.248,d₁=0.06,h₁=0.42,w₂=0.18,d₂=0.176,h₂=0.294。曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线进行测试，获得其色散特性，测试结果如图6中曲线9所示。

从图6可以看出：普通曲折波导慢波线的色散曲线（曲线6）和脊加载曲折波导慢波线的色散曲线（曲线7），可工作在线段A和B之间约30GHz的频率范围，而本实用新型曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线的色散曲线（曲线8）可工作在线段C和D之间约50GHz的频率范围，说明在相同的结构尺寸下，本实用新型曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线的色散曲线更平坦，能工作在更宽的频带范围。

比较另一实施例的本实用新型曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线的色散曲线（曲线9）和普通曲折波导慢波线的色散曲线（曲线6）以及脊加载曲折波导慢波线的色散曲线（曲线7）可知，它们均可工作在线段A和B之间对应的频段。说明在相同的工作频率下，本实用新型曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线具有更大的尺寸参数。

从图7中曲线10、曲线11和曲线12的比较可以看出：相比于普通曲折波导慢波线，脊加载曲折波导慢波线的耦合阻抗更高，而本实用新型曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线具有比脊加载曲折波导慢波线更高的耦合阻抗。

图6、7的测试说明通过在曲折波导的直波导上加载金属脊片和金属翼片，可以提高曲折波导慢波线的工作频率和耦合阻抗，使得行波管的增益和效率得以提高；同时在相同的工作频率下，本实用新型曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线具有更大的尺寸参数。

尽管上面对本实用新型说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

Claims

1.一种曲折波导慢波线，包括：

一曲折波导，该曲折波导由一系列的圆弧弯曲波导或直角弯曲波导与直波导首尾连接而成，该曲折波导等同于由矩形波导沿电场面周期性弯曲成U型曲折线或直角型曲折线的曲折波导结构；

2r₀<w₁≤a,0<d₁<0.5b,2r₀<h₁≤H；

其特征在于，还包括：

金属翼片宽度w₂、厚度d₂、高度h₂满足：

w₂≤b,0<d₂<0.5a,h₂≤H。

2.权利要求1所述的曲折波导慢波线，其特征在于，所述的金属翼片宽度w₂<b-2d₁，厚度d₂>a/2-r₀。