一種加脊微帶線平面慢波結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種加脊微帶線平面慢波結(jié)構(gòu)，包括金屬矩形殼1和矩形介質(zhì)層3，還包括由脊和微帶曲折線構(gòu)成的加脊微帶曲折線2，所述矩形介質(zhì)層設(shè)置在金屬矩形殼內(nèi)，加脊微帶曲折線2位于介質(zhì)層3之上，加脊微帶曲折線2和介質(zhì)層3設(shè)置在金屬矩形殼1內(nèi)，微帶曲折線為由多段形狀和尺寸相同的微帶曲折金屬線首尾相連形成曲折結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型可以采用帶狀電子束與電磁波相互作用，在相同尺寸下比同種不加脊的微帶曲折線比較具有更高的耦合阻抗，相互作用效率更高，能夠滿足裝備系統(tǒng)對(duì)毫米波功率放大器在工作帶寬，工作電壓，輸出功率，重量和體積方面的需求。
【專利說(shuō)明】一種加脊微帶線平面慢波結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于微波真空電子【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及該【技術(shù)領(lǐng)域】中的行波放大器或振蕩器中的慢波結(jié)構(gòu)，具體涉及一種加脊微帶線平面慢波結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]行波管是真空電子學(xué)領(lǐng)域內(nèi)最為重要的一類微波、毫米波源，具有大功率、高增益、寬頻帶和長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于毫米波雷達(dá)、制導(dǎo)、通信、微波遙感、輻射測(cè)量等領(lǐng)域，其性能直接決定著裝備的水平。
[0003]行波管的構(gòu)成比較復(fù)雜，通常我們把它分成提供電子束的電子槍、對(duì)電子束進(jìn)行約束聚焦的聚焦系統(tǒng)、慢波系統(tǒng)、輸入輸出電磁波的輸入輸出裝置以及最后對(duì)電子束進(jìn)行回收的收集極。其中慢波系統(tǒng)的主要作用是使輸入的電磁波信號(hào)的相速降低到和陰極發(fā)射電子的運(yùn)動(dòng)速度基本相同，從而使電磁波和電子充分交換能量，放大輸入的電磁波信號(hào)，它是行波管結(jié)構(gòu)中最重要的組成部分，直接決定了行波管的性能好壞。
[0004]目前行波管中應(yīng)用的慢波結(jié)構(gòu)主要有螺旋線、耦合腔、環(huán)桿、環(huán)圈、曲折波導(dǎo)、梯形線等。螺旋線慢波結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是色散特性平坦，工作頻帶寬，在行波管中得到了廣泛的應(yīng)用；但是螺旋線的散熱能力有限，平均輸出功率不高，特別是當(dāng)螺旋線行波管的工作頻率上升到毫米波波段時(shí)，螺旋線的橫向尺寸很小，散熱更加困難，其功率容量更小且由于螺旋線本身是三維結(jié)構(gòu)當(dāng)尺寸很小時(shí)加工精度難以滿足要求。耦合腔為全金屬慢波結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的散熱能力，同時(shí)耦合腔的互作用耦合阻抗高，互作用效率高，但是其帶寬較窄，其應(yīng)用受到限制。環(huán)桿、環(huán)圈、曲折波導(dǎo)、梯形線慢波結(jié)構(gòu)也有各自的限制。因此，非常有必要尋找一種能工作在毫米波段，性能優(yōu)良且易于加工和裝配的新型慢波結(jié)構(gòu)。
[0005]平面型微帶慢波結(jié)構(gòu)做為平面慢波結(jié)構(gòu)的一種，是在介質(zhì)基底上由一定的微帶線陣列按照一定的周期相連構(gòu)成的微帶慢波電路。由于微帶慢波電路是在一平面上，所以制造加工工藝比較簡(jiǎn)單可以采用現(xiàn)代的微細(xì)加工技術(shù)，而且成本比較低適合大規(guī)模的生產(chǎn)，同時(shí)微帶線平面慢波結(jié)構(gòu)具有平坦的色散特性和較低的工作電壓，具有很好的發(fā)展?jié)摿Α?br> 實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的目的在于如何提供一種比一般的平面微帶線慢波結(jié)構(gòu)具有更高耦合阻抗、更高功率輸出的加脊微帶線平面慢波結(jié)構(gòu)；
[0007]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種加脊微帶線平面慢波結(jié)構(gòu)，包括金屬矩形殼I和矩形介質(zhì)層3，其特征在于，還包括由脊和微帶曲折線構(gòu)成的加脊微帶曲折線2，所述矩形介質(zhì)層3設(shè)置在金屬矩形殼內(nèi)，加脊微帶曲折線2位于矩形介質(zhì)層3之上，加脊微帶曲折線2和矩形介質(zhì)層3設(shè)置在金屬矩形殼I內(nèi)。
[0009]進(jìn)一步，所述微帶曲折線為由多段形狀和尺寸相同的微帶曲折金屬線首尾相連形成曲折結(jié)構(gòu)，其中微帶曲折金屬線可以是現(xiàn)有的各種曲折結(jié)構(gòu)。[0010]進(jìn)一步，所述加脊微帶曲折線的脊為金屬脊，位于微帶曲折金屬線任意一個(gè)拐點(diǎn)并于水平線成任意夾角，但同微帶曲折金屬線沒(méi)有其它交點(diǎn)。
[0011]進(jìn)一步，所述加脊微帶曲折線的脊為金屬脊，位于微帶曲折金屬線上下兩個(gè)拐點(diǎn)并成任意夾角，但同微帶曲折金屬線沒(méi)有其它交點(diǎn)。
[0012]進(jìn)一步，所述金屬脊為金屬桿。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0014]一、本實(shí)用新型可以采用帶狀電子束與電磁波相互作用；在相同尺寸下比同種不加脊的微帶曲折線比較具有更高的耦合阻抗，因此相互作用效率更高；
[0015]二、本實(shí)用新型可以采用成熟的微加工工藝技術(shù)進(jìn)行加工，加工簡(jiǎn)單、成本低、電壓低、耦合阻抗高、色散平坦，能夠滿足裝備系統(tǒng)對(duì)毫米波功率放大器在工作帶寬，工作電壓，輸出功率，重量和體積方面的需求。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是加脊后的正弦波形微帶平面慢波結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是常規(guī)正弦波形微帶平面慢波結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是正弦波形金屬微帶線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4是本實(shí)用新型提供的加脊正弦波形金屬微帶線的三維尺寸標(biāo)注圖。
[0020]圖5是本實(shí)用新型提供的加脊正弦波形微帶金屬線的二維尺寸標(biāo)注圖。
[0021]圖6是本實(shí)用新型提供的加脊正弦波形微帶平面慢波結(jié)構(gòu)的截面尺寸標(biāo)注圖。
[0022]圖7是加脊正弦波形微帶平面慢波結(jié)構(gòu)采用三維電磁仿真軟件進(jìn)行仿真計(jì)算得到的色散特性和耦合阻抗示意圖；
[0023]圖8是常規(guī)正弦波形微帶平面慢波結(jié)構(gòu)采用三維電磁仿真軟件進(jìn)行仿真計(jì)算得到的色散特性和耦合阻抗示意圖；
[0024]圖9是常規(guī)正弦波形微帶平面慢波結(jié)構(gòu)的時(shí)域特性圖；
[0025]圖10是加脊正弦波形微帶平面慢波結(jié)構(gòu)輸出信號(hào)的時(shí)域特性圖；
[0026]附圖標(biāo)記為:1為金屬矩形殼、2為加脊微帶曲折線、3為矩形介質(zhì)層。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
[0028]一種加脊微帶線平面慢波結(jié)構(gòu)，包括金屬矩形殼I和矩形介質(zhì)層3，還包括由金屬脊和微帶曲折線構(gòu)成的加脊微帶曲折線2，所述矩形介質(zhì)層設(shè)置在金屬矩形殼內(nèi)，加脊微帶曲折線2位于矩形介質(zhì)層3之上，加脊微帶曲折線2和矩形介質(zhì)層3設(shè)置在金屬矩形殼I內(nèi)；所述微帶曲折線為由多段形狀和尺寸相同的微帶曲折金屬線首尾相連形成曲折結(jié)構(gòu)，其中微帶曲折金屬線可以是現(xiàn)有的各種曲折結(jié)構(gòu)。加脊微帶曲折線的金屬脊位于微帶曲折金屬線任意一個(gè)拐點(diǎn)并于水平線成任意夾角，但同微帶曲折金屬線沒(méi)有其它交點(diǎn)；或者金屬脊脊位于微帶曲折金屬線上下兩個(gè)拐點(diǎn)并成任意夾角，但同微帶曲折金屬線沒(méi)有其它交點(diǎn)。
實(shí)施例[0029]本實(shí)用新型提供的加脊微帶線平面慢波結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)為:金屬矩形殼的高度為d，介質(zhì)層的厚度為h，金屬微帶線的的寬度為W，厚度為t，長(zhǎng)度為b，金屬脊的寬度為W1，厚度為h，長(zhǎng)度為1，慢波結(jié)構(gòu)的周期為p，橫向?qū)挾葹閍。設(shè)定的結(jié)構(gòu)尺寸(mm)和所使用的材料:a=l.48、d=0.8、t=0.01、w=0.02、ρ=0.38、b=0.74、W1=0.02、t^0.01、h=0.25、1=0.74。取金屬線呈正弦波形微帶金屬線結(jié)構(gòu)，正弦波形微帶線的材料為無(wú)氧銅，在Ka波段電導(dǎo)率設(shè)為3.5 X IO7 ;介質(zhì)層的材料為氧化鋁，相對(duì)介電常數(shù)為9.8 ;管殼的材料為銅，電導(dǎo)率也設(shè)為 3.5 X IO7。
[0030]將這種加脊sine形微帶線慢波結(jié)構(gòu)與相同尺寸下常規(guī)sine形微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)采用三維電磁仿真軟件進(jìn)行仿真計(jì)算，獲得它們的色散特性和耦合阻抗，如圖7，圖8所示。由圖7和圖8可以看出，加脊正弦波形微帶平面慢波結(jié)構(gòu)與常規(guī)正弦波形微帶平面慢波結(jié)構(gòu)相比具有更高的耦合阻抗，這說(shuō)明在注-波互作用時(shí)加脊正弦波形微帶平面慢波結(jié)構(gòu)將具有更高的功率輸出。我們對(duì)兩種結(jié)構(gòu)在中心頻率35GHz下的注-波互作用進(jìn)行模擬得到在電壓最佳匹配，其結(jié)果是常規(guī)正弦波形微帶平面慢波結(jié)構(gòu)工作電壓為5150V，加脊正弦波形微帶平面慢波結(jié)構(gòu)工作電壓為4900V、其它參數(shù)相同的情況下的功率輸出如圖9、圖10所示。從圖9、圖10可以看出，加脊Sine形微帶平面慢波結(jié)構(gòu)明顯具有更高的功率輸出。`
【權(quán)利要求】
1.一種加脊微帶線平面慢波結(jié)構(gòu)，包括金屬矩形殼(I)和矩形介質(zhì)層(3)，其特征在于，還包括由脊和微帶曲折線構(gòu)成的加脊微帶曲折線(2)，所述矩形介質(zhì)層設(shè)置在金屬矩形殼內(nèi)，加脊微帶曲折線(2 )位于矩形介質(zhì)層(3 )之上，加脊微帶曲折線(2 )和矩形介質(zhì)層(3 )設(shè)置在金屬矩形殼(I)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加脊微帶線平面慢波結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述微帶曲折線為由多段形狀和尺寸相同的微帶曲折金屬線首尾相連形成曲折結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加脊微帶線平面慢波結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述加脊微帶曲折線的脊為金屬脊，位于微帶曲折金屬線任意一個(gè)拐點(diǎn)并于水平線成任意夾角，同微帶曲折金屬線沒(méi)有其它交點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加脊微帶線平面慢波結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述加脊微帶曲折線的脊為金屬脊，位于微帶曲折金屬線上下兩個(gè)拐點(diǎn)并成任意夾角，同微帶曲折金屬線沒(méi)有其它交點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的加脊微帶線平面慢波結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬脊為金屬桿。
【文檔編號(hào)】H01J23/24GK203466159SQ201320385701
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月1日
【發(fā)明者】魏彥玉, 程兆亮, 王森林, 廖雷, 殷海榮, 段兆云, 鞏華榮, 唐濤, 宮玉彬, 王文祥 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)