專利名稱：一種彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于微波真空電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及行波管放大系統(tǒng)，尤其涉及行波管
放大系統(tǒng)中的波導(dǎo)慢波線。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代行波管已成為雷達、電子對抗、衛(wèi)星通信、導(dǎo)航、遙感等電子設(shè)備的重要微波電子器件。慢波線作為行波管注_波互作用以激勵放大微波能量的部件，則是行波管的核心，其性能直接決定著行波管的技術(shù)水平。在行波管中，使用最廣泛的慢波結(jié)構(gòu)為螺旋線和耦合腔。螺旋線的色散特性平坦，工作頻帶寬，在行波管中得到了廣泛應(yīng)用；但螺旋線行波管的輸出功率受到限制，特別是當(dāng)行波管工作于短厘米和毫米波段時，由于螺旋線橫向尺寸極小，散熱困難，其功率容量小。耦合腔的耦合阻抗高，互作用效率高，但這是以減小帶寬為代價的。此外，毫米波耦合腔行波管尺寸很小，加工、裝配精度要求高，成品率低，成本高。因此，尋找能工作在毫米波段，性能優(yōu)良的新型行波管慢波結(jié)構(gòu)就顯得十分必要了 。[0003] 曲折波導(dǎo)慢波線，如圖1所示，是一類新型全金屬慢波線，它是由矩形波導(dǎo)1沿電場面(波導(dǎo)寬面)周期性彎曲成直角型曲折線或U型曲折線而形成的；在沿慢波結(jié)構(gòu)的中軸對稱線2的位置在波導(dǎo)壁上開圓形通孔；然后在慢波結(jié)構(gòu)的每個周期性直角槽或U型槽的兩個圓形通孔之間，用與圓形通孔孔徑尺寸相同的金屬管3連接，形成電子注通道。曲折波導(dǎo)慢波線沿縱向?qū)ΨQ面的剖面圖如圖2所示。該慢波結(jié)構(gòu)在實現(xiàn)大功率容量的同時，具有良好的寬帶性能。該結(jié)構(gòu)主要有機械強度高、散熱好、功率容量大、加工比較容易以及輸入輸出耦合結(jié)構(gòu)相對簡單的優(yōu)點。同時，由于可以采用微細加工技術(shù)來制造，以曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)為核心的微型曲折波導(dǎo)行波管在毫米波段很有潛力成為一種大功率、小型輻射源，在軍事電子系統(tǒng)以及寬帶毫米波通訊等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。 根據(jù)已有的國內(nèi)外相關(guān)實驗報道，雖然曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的帶寬較寬，但它的體積和輸出功率仍然不能滿足行波管向小型化高功率發(fā)展的要求。此外，為了使曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍更加廣泛，進一步拓展它的帶寬也很有必要。

發(fā)明內(nèi)容為了提高曲折波導(dǎo)慢波線的輸出功率，減小其器件體積，同時進一步拓展其帶寬，本實用新型提出了一種彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線。 本實用新型的核心出發(fā)點是利用周期加載彎曲槽，改善常規(guī)曲折波導(dǎo)慢波線中的場分布，延展帶寬并提高慢波線中每個單位長度的功率增益，以此提升總的輸出功率并降低功率飽和時所需要的器件長度，達到寬帶、高功率、小型化的目的。[0007] 本實用新型所采用的技術(shù)方案是 —種彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線，如圖3至圖4所示，由一系列圓弧彎曲波導(dǎo)(或直角彎曲波導(dǎo))和直波導(dǎo)首尾連接而成，等同于由矩形波導(dǎo)i沿電場面周期性彎曲成u型曲折線(或直角型曲折線)，形成曲折波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；每個圓弧彎曲波導(dǎo)(或直角彎曲波導(dǎo))的外側(cè)沿波導(dǎo)寬邊方向具有開口 ，每個開口處連接一個彎曲槽4 ;且處于中軸對稱線2上方的
所有彎曲槽4的彎曲方向一致，處于中軸對稱線2下方的所有彎曲槽4的彎曲方向一致并
與中軸對稱線2上方的彎曲槽4的彎曲方向相反；整個曲折波導(dǎo)和彎曲槽的腔體互為連通；在曲折波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的中軸對稱線2與直波導(dǎo)壁的交點處開有圓形通孔；在所有相鄰直波導(dǎo)壁的兩個通孔之間用與圓形通孔孔徑尺寸相同的金屬管3連接，形成電子注通道。[0009] 上述方案中，所述彎曲槽4可以是直角彎曲槽，也可以是圓弧形彎曲槽。[0010] 彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線的尺寸參數(shù)如圖4所示a為矩形波導(dǎo)寬邊長度，b為矩形波導(dǎo)窄邊長度，L為單個曲折周期結(jié)構(gòu)的曲折長度，p為單個曲折周期結(jié)構(gòu)的軸向長度，r。為電子注通道的半徑，b。為彎曲槽窄邊長度，p。為彎曲槽軸向長度，h。為彎曲槽橫向長度。 設(shè)定上述彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線結(jié)構(gòu)尺寸(單位mm) :a = 5， b = 0. 7， L =3. 1， p = 1. 2， r。 = 0. 5， b。 = 0. 5， p。 = 1. 2， h。 = 0. 68。利用三維電磁仿真軟件對彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線進行仿真，獲得其耦合阻抗特性，并與普通曲折波導(dǎo)相比較，結(jié)果如圖5所示。曲線5為普通曲折波導(dǎo)慢波線的耦合阻抗特性，曲線6為本實用新型提供的彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線的耦合阻抗特性。 利用三維注-波互作用仿真軟件對本實用新型提供的彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線的輸出功率及帶寬、功率飽和時所需的器件長度分別進行了仿真，并與普通曲折波導(dǎo)慢波線相比較。圖6為功率及帶寬的對比結(jié)果，其中曲線7為普通曲折波導(dǎo)慢波線的輸出功率及帶寬性能，曲線8為本實用新型提供的彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線的輸出功率及帶寬性能；圖7為普通曲折波導(dǎo)慢波線功率飽和時所需器件長度的仿真結(jié)果；圖8為本實用新型提供的彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線功率飽和時所需器件長度的仿真結(jié)果。[0013] 本實用新型的有益效果是 從圖5中曲線5與曲線6的比較可以明顯看出，本實用新型提供的彎曲槽加載曲
折波導(dǎo)慢波線在整個工作頻帶內(nèi)同頻率下耦合阻抗都高出普通曲折波導(dǎo)慢波線80%以上，
意味著它能更有效的支持注-波互作用，從而提高行波管的輸出功率。 從圖6中曲線7與曲線8的比較可以清楚看到，彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線的輸
出功率(35GHz時300瓦)遠高于普通曲折波導(dǎo)慢波線的輸出功率(35GHz時180瓦)，同時
它的3dB帶寬(32.9-37. 3GHz)也比普通曲折波導(dǎo)慢波線(33-36. 9GHz)更寬。 從圖7和圖8的對比可以看出彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線功率飽和時所需的器件
長度(134.4mm)比普通曲折波導(dǎo)慢波線(174. 2mm)要短很多，大幅減小了器件的體積。

圖1是普通曲折波導(dǎo)慢波線的立體示意圖。 圖2是普通曲折波導(dǎo)慢波線沿縱軸方向的剖面圖。 圖3是本實用新型提供的彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線的立體示意圖。 圖4是本實用新型提供的彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線的單元結(jié)構(gòu)及尺寸標(biāo)注圖。 圖5是本實用新型提供的彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線與普通曲折波導(dǎo)慢波線的
耦合阻抗特性對比圖。 圖6是本實用新型提供的彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線與普通曲折波導(dǎo)慢波線的功率及帶寬對比圖。 圖7是普通曲折波導(dǎo)慢波線功率飽和時所需器件長度的仿真結(jié)果。 圖8是本實用新型提供的彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線功率飽和時所需器件長度
的仿真結(jié)果。 在以上各圖中1是矩形波導(dǎo)，2是慢波結(jié)構(gòu)的中軸對稱線，3是形成電子注通道的金屬管，4是彎曲槽，曲線5是普通曲折波導(dǎo)慢波線的耦合阻抗特性，曲線6是本實用新型提供的彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線的耦合阻抗特性，曲線7是普通曲折波導(dǎo)慢波線的功率及帶寬特性，曲線8是本實用新型提供的彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線的功率及帶寬特性。
具體實施方案 如圖5，在8mm毫米波段，設(shè)定彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線具體實施方案的結(jié)構(gòu)尺寸為(單位mm) :a = 5， b = 0. 7， L = 3. 1， p = 1. 2， r。 = 0. 5， b。 = 0. 5， p。 = 1. 2， h0 =
0. 68。利用三維電磁仿真軟件和三維注-波互作用仿真軟件對彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線進行仿真，獲得其耦合阻抗、輸出功率、帶寬、功率飽和時所需的器件長度等性能，并與普通曲折波導(dǎo)慢波線相比較。彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線有著更高的耦合阻抗，能以更小的體積在更寬的頻帶內(nèi)輸出高于普通曲折波導(dǎo)慢波線1. 65倍的功率。
權(quán)利要求一種彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線，由一系列圓弧彎曲波導(dǎo)和直波導(dǎo)首尾連接而成，等同于由矩形波導(dǎo)(1)沿電場面周期性彎曲成U型曲折線，形成曲折波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；每個圓弧彎曲波導(dǎo)的外側(cè)沿波導(dǎo)寬邊方向具有開口，每個開口處連接一個彎曲槽(4)；且處于中軸對稱線(2)上方的所有彎曲槽(4)的彎曲方向一致，處于中軸對稱線(2)下方的所有彎曲槽(4)的彎曲方向一致并與中軸對稱線(2)上方的彎曲槽(4)的彎曲方向相反；整個曲折波導(dǎo)和彎曲槽的腔體互為連通；在曲折波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的中軸對稱線(2)與直波導(dǎo)壁的交點處開有圓形通孔；在所有相鄰直波導(dǎo)壁的兩個通孔之間用與圓形通孔孔徑尺寸相同的金屬管(3)連接，形成電子注通道。
2. —種彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線，由一系列直角彎曲波導(dǎo)和直波導(dǎo)首尾連接而成， 等同于由矩形波導(dǎo)(1)沿電場面周期性彎曲成直角型曲折線，形成曲折波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；每個直 角彎曲波導(dǎo)的外側(cè)沿波導(dǎo)寬邊方向具有開口，每個開口處連接一個彎曲槽(4);且處于中 軸對稱線(2)上方的所有彎曲槽(4)的彎曲方向一致，處于中軸對稱線(2)下方的所有彎 曲槽(4)的彎曲方向一致并與中軸對稱線(2)上方的彎曲槽(4)的彎曲方向相反；整個曲 折波導(dǎo)和彎曲槽的腔體互為連通；在曲折波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的中軸對稱線(2)與直波導(dǎo)壁的交點處 開有圓形通孔；在所有相鄰直波導(dǎo)壁的兩個通孔之間用與圓形通孔孔徑尺寸相同的金屬管(3) 連接，形成電子注通道。
3 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線，其特征在于，所述彎曲槽(4) 是直角彎曲槽。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線，其特征在于，所述彎曲槽 (4)是圓弧形彎曲槽。
專利摘要一種彎曲槽加載曲折波導(dǎo)慢波線，涉及微波真空電子技術(shù)領(lǐng)域中的行波管放大器件。由一系列圓弧(或直角)彎曲波導(dǎo)和直波導(dǎo)首尾連接形成曲折波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；每個彎曲波導(dǎo)的外側(cè)沿波導(dǎo)寬邊方向具有開口，每個開口處連接一個彎曲槽處于中軸對稱線同側(cè)的彎曲槽的彎曲方向一致，兩側(cè)的彎曲槽的彎曲方向相反；整個曲折波導(dǎo)和彎曲槽的腔體互為連通；在曲折波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的中軸對稱線與直波導(dǎo)壁的交點處開有圓形通孔；在所有相鄰直波導(dǎo)壁的兩個通孔之間用與圓形通孔孔徑尺寸相同的金屬管連接，形成電子注通道。本實用新型通過加載彎曲槽以改善常規(guī)曲折波導(dǎo)慢波線中的場分布，相比于普通曲折波導(dǎo)慢波線具有更寬的帶寬、更高的輸出功率和更小的器件體積。
文檔編號H01J23/24GK201465983SQ200920082780
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
發(fā)明者宮玉彬, 廖明亮, 王文祥, 魏彥玉 申請人:電子科技大學(xué)