專利名稱：一種折疊框慢波結構的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于微波電真空器件技術領域，涉及行波管放大器件。
背景技術：
行波管具有寬頻帶、高增益和低噪聲等其他電真空器件無法比擬的優(yōu)點，被廣泛應用于雷達、通信、微波遙感、制導和電子對抗等領域。隨著現(xiàn)代微波電子技術的發(fā)展，航天工程和軍用設備對毫米波源的寬頻帶、高效率、小型化提出了更高要求。然而，與現(xiàn)有的固態(tài)源相比，行波管雖然在高功率、寬頻帶方面具有優(yōu)勢，但是體積龐大，工作電壓較高。慢波結構作為行波管的核心部件，直接影響注-波互作用的效率及整個行波管的技術水平。螺旋線和耦合腔是行波管中應用最普遍的兩種慢波結構。螺旋線行波管具有十分寬的頻帶范
圍，但是由于熱容量小，耗散能力低，限制了螺旋線行波管輸出功率的提高。耦合腔行波管的散熱性能明顯優(yōu)于螺旋線，輸出功率大，但是工作帶寬較窄。因此，探索寬頻帶、大功率、小體積的慢波結構是目前行波管發(fā)展的一個重要方向。對稱雙V型微帶線慢波結構，如圖1所示，是一類新型可適用于帶狀電子注傳輸?shù)钠矫媛ńY構。該結構包括縱向對稱的上下兩個金屬底板I和2、分別位于金屬底板I和2上的兩層介質3和4，以及分別位于介質層3和4表面的平面金屬微帶線5和6組成。其中，所述的平面金屬微帶線5和6關于中軸線完全對稱，分別在介質層3和4表面呈V型彎曲形狀周期性排列下去，形成平面微帶慢波電路。對稱雙V型微帶線慢波結構采用帶狀電子注7與波進行互作用。對稱雙V型微帶線慢波結構的立體結構尺寸示意圖如圖2所示。其中，介質層材料3和4的介電常數(shù)為ε，介質層厚度為h，介質層之間的距離為1，介質層寬度為a，平面金屬微帶線5和6的線寬為W，平面金屬微帶線的厚度為t，平面金屬微帶線的橫向寬度為b，相鄰兩個平面金屬微帶線構成V形寬度為p，“V”字形夾角為2 Θ，并滿足2 Θ〈180°。對稱雙V型微帶線慢波結構行波管具有寬頻帶、大電流和低工作電壓等特點，是一種很有潛力的微小型毫米波行波管，在相應的電子系統(tǒng)以及寬帶毫米波通信等領域具有很好的應用前景。但是，對稱雙V型微帶線慢波結構行波管的耦合阻抗較小，從而限制了其應用發(fā)展。
發(fā)明內容為了能夠應用微細加工技術實現(xiàn)慢波結構的制造，同時能夠在同等尺寸下提高對稱雙V型微帶線慢波結構的耦合阻抗，本實用新型提出一種折疊框慢波結構，能夠進一步滿足裝備系統(tǒng)對該類器件在工作帶寬，輸出功率和小型化方面的要求。本實用新型采用的技術方案是一種折疊框慢波結構，如圖3所示，包括下金屬底板I和上金屬底板2，所述下金屬底板I和上金屬底板2的形狀和大小相同且相互平行；下金屬底板I的上表面具有下介質層3，上金屬底板2的下表面具有上介質層4，所述下介質層3和上介質層4的介質材料和厚度相同；下介質層3的上表面具有下金屬微帶線5，上介質層4的下表面具有上金屬微帶線6 ;所述下金屬微帶線5和上金屬微帶線6線寬相同、各自呈周期性折疊狀，且相互之間呈鏡面對稱；下金屬微帶線5的每個折疊頂點與上金屬微帶線6對應的折疊頂點之間采用金屬連線7相連。上述折疊框慢波結構中，所述下金屬微帶線5或上金屬微帶線6可以呈V型、U型或正弦曲線型周期性折疊狀，如圖4 (a)、(b)、(C)所示。如圖4和圖6所示，本實用新型提供的折疊框慢波結構，若定義上、下介質層3或4的寬度為a,上、下金屬微帶線5或6的線寬為W、橫向寬度為b、縱向周期長度為p,相鄰兩個折疊單元之間的夾角為2 Θ，則滿足2 Θ〈180°、0〈b ( a、0〈2w〈p。其它相關尺寸可定義為上、下介質層3或4的厚度為h，上、下介質層之間的距離為1，上、下金屬微帶線5或6的厚度為t。本實用新型提供的折疊框慢波結構，將其中上、下金屬微帶線5和6以及上、下金屬微帶線5和6之間對應折疊頂點之間的金屬連線7展開來看，就會形成周期性矩形金屬 線框圖形，其中單個周期的矩形金屬線框如圖5所示。由于上、下金屬微帶線5和6以及上、下金屬微帶線5和6之間對應折疊頂點之間的金屬連線7展開來看形成周期性矩形金屬線框圖形，因此本實用新型提供的慢波結構被定義為折疊框慢波結構。經(jīng)三維電磁仿真軟件仿真驗證(以V型折疊框慢波結構為例)，本實用新型提供的折疊框慢波結構與現(xiàn)有的對稱雙V型微帶線慢波結構相比，在整個工作頻帶(40GHz^80GHz)內都具有更高的耦合阻抗值，從而可以進一步提高行波管的增益和效率。

圖1是加載帶狀電子束的對稱雙V型微帶線慢波結構的示意圖。圖2是對稱雙V型微帶線慢波結構的立體結構尺寸示意圖。圖3是本實用新型提供的折疊框慢波結構的立體結構示意圖。圖4是本實用新型提供的V型(a)、U型(b)、正弦曲線型(C)折疊框慢波結構的立體結構示意圖。圖5是本實用新型提供的V型折疊框慢波結構的截面尺寸標注圖。圖6是本實用新型提供的V型折疊框慢波結構的二維尺寸標注圖。圖7是V型折疊框慢波結構和對稱雙V型微帶線慢波結構的色散特性比較圖。圖8是V型折疊框慢波結構和對稱雙V型微帶線慢波結構的耦合阻抗比較圖。
具體實施方案 一種折疊框慢波結構，如圖3所示，包括下金屬底板I和上金屬底板2，所述下金屬底板I和上金屬底板2的形狀和大小相同且相互平行；下金屬底板I的上表面具有下介質層3，上金屬底板2的下表面具有上介質層4，所述下介質層3和上介質層4的介質材料和厚度相同；下介質層3的上表面具有下金屬微帶線5，上介質層4的下表面具有上金屬微帶線6 ;所述下金屬微帶線5和上金屬微帶線6線寬相同、各自呈周期性折疊狀，且相互之間呈鏡面對稱；下金屬微帶線5的每個折疊頂點與上金屬微帶線6對應的折疊頂點之間采用金屬連線7相連。如圖4 (a)所示，所述下金屬微帶線5或上金屬微帶線6呈V型周期性折疊狀，整個折疊框慢波結構為V型折疊框慢波結構。定義上、下介質層3或4的寬度為a，上、下金屬微帶線5或6的線寬為W、橫向寬度為b、縱向周期長度為P，相鄰兩個折疊單元之間的夾角為2 Θ，則滿足2 Θ〈180°、0〈b ( a、0〈2w〈p。其它相關尺寸可定義為上、下介質層3或4的厚度為h，上、下介質層之間的距離為1，上、下金屬微帶線5或6的厚度為t。如圖3、圖5和圖6，以V型折疊框慢波結構為例，具體方案的結構尺寸如下(尺寸單位mm):上、下介質層3或4的介電常數(shù)(ε )為4, h=0. 05, 1=0. 31, a=0. 88, w=0. 02,t=0. 01,p=0. 124,b=0. 44,2 Θ =12°。利用三維電磁仿真軟件對本實用新型提供的V型折疊框慢波結構進行仿真，獲得其色散特性和耦合阻抗，并與具有相同介質層材料介電常數(shù)ε，相同介質層厚度h，相同介質層之間的距離1，相同介質層寬度a，相同平面微帶線線寬w，相同平面微帶線厚度t，相同縱向周期長度為P，相同橫向寬度b，相同V形夾角2 Θ的現(xiàn)有對稱雙V型微帶線慢波結構比較。仿真結果如圖7和圖8所示。其中，其中，曲線11和曲線13分別是本實用新型提供的V型折疊框慢波結構的色散特性曲線、耦合阻抗曲線；曲線12 和曲線14分別是對稱雙V型微帶線慢波結構色散特性曲線、耦合阻抗曲線。從圖7中曲線11和曲線12的比較可知在整個頻帶內(20GHfll0GHZ)，本實用新型所提供的V型折疊框慢波結構的相速度略低于對稱雙V型微帶線慢波結構。從圖8中曲線13和曲線14的比較可知相比于對稱雙V型微帶線慢波結構，本實用新型所提供的V型折疊框慢波結構在整個頻帶內都具有更高的耦合阻抗值，從而可以進一步提聞行波管的增益和效率。另外，本領域技術人員根據(jù)本實用新型說明書的描述，還可設計出上、下金屬微帶線5或6的縱向周期長度P呈線性遞增或線性遞減的變周期折疊框慢波結構，以滿足特定場合的應用需求。
權利要求1.一種折疊框慢波結構，包括下金屬底板(I)和上金屬底板(2)，所述下金屬底板(I) 和上金屬底板(2)的形狀和大小相同且相互平行；下金屬底板(I)的上表面具有下介質層(3)，上金屬底板(2)的下表面具有上介質層(4)，所述下介質層(3)和上介質層(4)的介質材料和厚度相同；下介質層(3)的上表面具有下金屬微帶線(5)，上介質層(4)的下表面具有上金屬微帶線(6);所述下金屬微帶線(5)和上金屬微帶線(6)線寬相同、各自呈周期性折疊狀，且相互之間呈鏡面對稱；其特征在于，下金屬微帶線(5)的每個折疊頂點與上金屬微帶線(6)對應的折疊頂點之間采用金屬連線(7)相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的折疊框慢波結構，其特征在于，所述下金屬微帶線(5)或上金屬微帶線(6)呈V型、U型或正弦曲線型周期性折疊狀。
3.根據(jù)權利要求1所述的折疊框慢波結構，其特征在于，定義上、下介質層(3或4)的寬度為a,上、下金屬微帶線(5或6)的線寬為W、橫向寬度為b、縱向周期長度為P,相鄰兩個折疊單元之間的夾角為2 Θ，則滿足:2 Θ〈180。、0〈b彡a、0〈2w〈p。
4.根據(jù)權利要求1所述的折疊框慢波結構，其特征在于，所述上、下金屬微帶線(5或 6)的縱向周期長度P呈線性遞增或線性遞減，使整個折疊框慢波結構成為變周期折疊框慢波結構。
專利摘要一種折疊框慢波結構，屬于微波電真空器件技術領域。包括形狀和大小相同且相互平行的上、下金屬底板(2和1)；上、下金屬底板相向的表面各具有一層介質層(3和4)；上、下介質層(3和4)相向的表面各具有一層金屬微帶線(5和6)，上、下金屬微帶線(5和6)線寬相同、各自呈周期性折疊狀，且相互之間呈鏡面對稱；上、下金屬微帶線(5和6)對應的折疊頂點之間采用金屬連線(7)相連。本實用新型提供的折疊框慢波結構與現(xiàn)有對稱雙V型微帶線慢波結構相比，在整個工作頻帶內都具有更高的耦合阻抗值，從而可以進一步提高行波管的增益和效率。同時，折疊框慢波結構的制造能夠利用微細加工技術實現(xiàn)，具有廣泛的應用前景。
文檔編號H01J23/24GK202839527SQ20122056367
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權日2012年10月30日
發(fā)明者魏彥玉, 郭彍, 徐進, 殷海榮, 宮玉彬, 唐濤, 黃民智, 王文祥 申請人:電子科技大學