CN203260549U

CN203260549U - 一种微带线慢波结构

Info

Publication number: CN203260549U
Application number: CN 201320232887
Authority: CN
Inventors: 廖雷; 魏彦玉; 程兆亮; 王森林; 彭立; 宫玉彬
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2013-05-03
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2023-05-03

Abstract

一种微带线慢波结构，属于微波真空电子技术领域，涉及“O”型电真空器件。包括由金属微带线（1）、介质基底（2）和金属底板（3）形成的微带传输线结构；所述的金属微带线（1）由若干个“O”型金属微带线单元首尾相连形成周期性结构，其中所述“O”型金属微带线单元由一个椭圆开口环微带线和两段分别与椭圆开口环微带线的开口两端相连的微带线构成。本实用新型提出的微带线慢波结构在相同器件尺寸下较传统N型微带线慢波结构有更高的耦合阻抗和较低的工作电压，能够进一步满足行波管在输出功率、工作电压、重量等方面的综合要求。

Description

一种微带线慢波结构

技术领域

本实用新型属于微波真空电子技术领域，涉及“O”型电真空器件。

背景技术

“O”型电真空器件是真空电子学的领域内最为重要的一类微波、毫米波源，具有大功率、效率高、增益高、频带宽和寿命长等特点，被广泛应用于毫米波和亚毫米波雷达、制导、通信、微波遥感、辐射测量等领域，这也其被赞誉为武器装备的“心脏”，它的性能直接决定着整体装备的水平。而其微带线慢波结构主要用于行波管。与其它各类器件相比较，行波管的优势在于宽频带、散热性能好、单管高增益、优良非线性性能、低噪声、高功率，用收集极降压技术就可以获得非常高的总效率，窄频带内可以达到非常高的电子效率，恶劣环境中的可靠性能比半导体器件要好、结构较为简单、总体积较小（含电源）和价格适中等。现已证明，在很多重要领域里，行波管是一类非常关键、不可取代的毫米波、微波放大器。但是随着航空工程和电子技术水平的飞速发展，迫切需要结构和加工工艺相对简单、宽频带、大功率、低成本、体积小、重量轻化的小型化行波管，现在要求行波管慢波尺寸越来越小，但是现在的加工工艺已经很难满足要求。因此，研制在可工作在高频微波波段的新型慢波结构行波管慢波结构就显得十分必要了。

金属微带线慢波结构是一类新型的行波管慢波结构，它用带状电子束取代了传统的专用的电子注通道，节省了空间。现有的N型微带慢波线，如图1、2所示，包括由金属微带线1、介质基底2和金属底板3形成的微带传输线结构。其中，金属微带线1在介质基底2正面；金属底板3紧贴介质基底2背面；金属微带线1在介质基底2表面形成具有若干个周期的N型微带曲折线。加工方面可以采用成熟的微加工工艺（如光刻、化学气相沉积等技术），因此管子具有加工工艺简单、成本低、体积小、重量轻等优点。根据现有的资料，该类平面慢波结构具有频带宽，大电流和低工作电压的优点，是一种极有潜力的小型化行波管。

但是，N型的金属微带线慢波结构的行波管的耦合阻抗较小，工作电压相对较大，其中耦合阻抗是表征电子注和慢波系统作用强弱的参量，耦合阻抗直接影响到行波管的增益和效率。N型金属微带线慢波结构相对较小的耦合阻抗和较大的工作电压，限制了其应用发展。

发明内容

为了在相同器件尺寸条件下提高微带线慢波结构的耦合阻抗和降低其工作电压，本实用新型提出了一种新型的微带线慢波结构。该微带线慢波结构在在相同器件尺寸条件下具有较高的耦合阻抗和较低的工作电压，能够进一步满足行波管在输出功率、工作电压、重量等方面的综合要求。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种微带曲折线慢波结构，如图3、4所示，包括由金属微带线1、介质基底2和金属底板3形成的微带传输线结构；所述金属微带线1位于介质基底2正面，所述金属底板3紧贴介质基底2背面。所述金属微带线1由若干个“O”型金属微带线单元首尾相连形成周期性结构，其中所述“O”型金属微带线单元由一个椭圆开口环微带线和两段分别与椭圆开口环微带线的开口两端相连的微带线构成。

定义上述微带线慢波结构的尺寸参数：a为椭圆开口环横轴的长度，b为椭圆开口环纵轴的长度，c为介质基底2的厚度，w1为椭圆开口环的开口宽度，w为金属微带线1的宽度，p为周期性金属微带线1中单个周期的长度。上述微带线慢波结构具有以下几种变形结构：1）、相邻两个周期的椭圆开口环的纵轴b相等。2）、相邻两个周期的椭圆开口环的纵轴b依次递增或递减。3）、相邻两个周期的微带椭圆的纵轴b随机变化。

在确定相邻两个周期的椭圆环纵轴b相等的条件下，设定此慢波结构的尺寸为：a=0.09mm，b=0.38mm，c=0.2mm，w1=0.01mm，w=0.015mm，p=0.15mm，介质基底2的的介电常数ε=4.4，得出具体的新型的微带线慢波结构，如图3所示。将这种具体的新型的微带线慢波结构与在相同条件和尺寸下的N型微带慢波结构用高频电磁仿真软件进行仿真，得出它们的色散特征曲线和耦合阻抗曲线，如图5和图6所示。仿真结果证明，本实用新型所提供的新型的微带线慢波结构与现有的N型微带线慢波结构在相同器件尺寸下相比较，在具有此类行波管体积小、重量轻、工作电流大、宽频带、工作电压小的特点的同时，具有更高的耦合阻抗，提高了行波管的增益和效率。

附图说明

图1为传统的N型微带线慢波结构示意图。

图2为传统的N型微带线慢波结构中，单元周期的二维示意图。

图3为本实用新型提供的新型的微带线慢波结构示意图。

图4为本实用新型提供的新型的微带线慢波结构中，单元周期的二维示意图。

图5为传统的N型微带线慢波结构和为本实用新型提供的新型的微带线慢波结构的色散特征曲线比较图。

图6为传统的N型微带线慢波结构和为本实用新型提供的新型的带线慢波结构的耦合阻抗曲线比较图。

以上各图中，1是金属微带线，2是介质基底，3是金属底板；在图5和图6中：曲线4和曲线7分别为传统的N型微带线慢波结构的色散特征曲线和耦合阻抗曲线，曲线5和曲线6分别为本实用新型提供的新型的微带线慢波结构的色散特征曲线和耦合阻抗曲线。

具体实施方式

在确定相邻两个周期的椭圆环纵轴b相等的条件下，设定此慢波结构的尺寸为：a=0.09mm，b=0.38mm，c=0.2mm，w1=0.01mm，w=0.015mm，p=0.15mm，介质基底2的介电常数ε=4.4，得出具体的新型的微带线慢波结构，如图3所示。将这种具体的新型的微带线慢波结构与在相同条件和尺寸下的N型微带慢波结构用高频电磁仿真软件进行仿真，得出它们的色散特征曲线和耦合阻抗曲线，如图5和图6所示，其中曲线4和曲线7分别为传统的N型微带线慢波结构的色散特征曲线和耦合阻抗曲线，曲线5和曲线6分别为本实用新型提供的新型的微带线慢波结构的色散特征曲线和耦合阻抗曲线。

从图5的曲线4和曲线7比较得出：相比于传统的N型微带线慢波结构，新型的微带线慢波结构带宽要窄，色散较强；新型的微带线慢波结构的归一化相速vp/c比传统的N型微带线慢波结构要低，所以工作电压降低。

从图6的曲线5和曲线6比较得出：新型的微带线慢波结构的耦合阻抗比传统的N型微带线慢波结构要高，因此说明这种新型的微带线慢波结构能够提高结构的耦合阻抗，增加了行波管的增益和效率。

Claims

1.一种微带线慢波结构，包括由金属微带线（1）、介质基底（2）和金属底板（3）形成的微带传输线结构；所述金属微带线（1）位于介质基底（2）正面，所述金属底板（3）紧贴介质基底（2）背面；所述金属微带线（1）由若干个“O”型金属微带线单元首尾相连形成周期性结构，其中所述“O”型金属微带线单元由一个椭圆开口环微带线和两段分别与椭圆开口环微带线的开口两端相连的微带线构成。

2.根据权利要求1所述的微带线慢波结构，其特征在于，相邻两个周期的椭圆开口环的纵轴b相等。

3.根据权利要求1所述的微带线慢波结构，其特征在于，相邻两个周期的椭圆开口环的纵轴b依次递增或递减。

4.根据权利要求1所述的微带线慢波结构，其特征在于，相邻两个周期的椭圆开口环的纵轴b随机变化。