本發(fā)明涉及一種電磁波傳輸線。具體地說，是涉及一種用于信號延遲或電磁波源的慢波結(jié)構(gòu)的緊湊型扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)。

背景技術(shù)：

折疊傳輸線的第一個重要應(yīng)用是作為信號延遲線， 在雷達(dá)等系統(tǒng)中用于信號延遲。折疊傳輸線的第二個重要應(yīng)用是在行波管放大器中作為慢波結(jié)構(gòu)使用。這時，電子束沿一定直線電子通道傳播，而電磁波則沿著彎折的傳輸線傳播。 雖然在彎折傳輸線內(nèi)傳播的電磁波的相速很快， 可以接近于光速， 甚至大于光速， 但在該直線電子通道中， 電子束感受到的電磁波的相速可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于光速。采用準(zhǔn)折疊波導(dǎo)構(gòu)成的行波管的電子束能量可以大大降低，有利于器件的小型化。

傳統(tǒng)的折疊傳輸線一般采用傳輸線連續(xù)彎曲而成。 比如波導(dǎo)延遲線將波導(dǎo)彎曲疊放。由于過小的彎曲曲率半徑將導(dǎo)致信號的反射，這種延遲線的體積通常都比較大。折疊波導(dǎo)行波管放大器中的普通的慢波結(jié)構(gòu)采用矩形波導(dǎo)段與U形波導(dǎo)端分別交替連接構(gòu)成， 同樣有體積大的問題。普通的折疊波導(dǎo)行波管存在的另一個問題是帶寬問題。這種行波管中采用的折疊波導(dǎo)一般為二維結(jié)構(gòu)，波導(dǎo)在一個過Z軸的平面，比如XZ平面內(nèi)連續(xù)彎曲。在這種折疊波導(dǎo)中， 沿Z軸傳播的電子在通過一個周期的折疊波導(dǎo)時，有兩個與電磁波相互作用的區(qū)域。 在這兩個互作用區(qū)域中，傳輸?shù)碾娮邮惺艿降碾姶挪ǖ南辔徊畛姶挪ㄑ卦撜郫B波導(dǎo)的彎折途徑傳輸所決定的相位差外，還包括由于傳輸線的180度彎折波導(dǎo)致的電磁場方向反向所決定的180度的所謂“形狀相位差”。這個形狀相位差的存在，使得沿Z軸方向傳播的電子束與沿折疊波導(dǎo)傳播的電磁波在沿Z方向的速度同步條件下，在同一周期中的兩個互作用區(qū)域中，電子束所受到的沿Z軸方向的作用力會切換方向，導(dǎo)致電磁波從電子束獲得的能量相互抵消。為了解決這個問題，電子束沿Z方向的速度與電磁波沿Z方向的平均相速必須失配。由此帶來了對折疊波導(dǎo)行波管的相對帶寬的嚴(yán)重限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種沒有形狀相位差的扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)。這種方案具有結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、工作頻率寬, 結(jié)構(gòu)緊湊等特點。

為了實現(xiàn)上述目的，我們的方案為，一種扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)。所述扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)包括沿Z軸方向依次連通并重復(fù)的至少2個最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)，在扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)兩端設(shè)置有輸入輸出波導(dǎo)。

存在一與Z軸平行的直線AB， 所述直線AB與所述任意一個最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)的交集為兩條互不直接相連的連續(xù)線段CD和線段EF。

存在至少一根平行于Z軸的直線電子束通道；所述直線電子束通道與所述直線AB重合；所述線段CD通過所述最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)中電磁波的電場強度的最大幅值點。

所述任意最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)的兩端面都與YZ平面平行； 所述最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)的兩端面的形狀為矩形波導(dǎo)、單脊矩形波導(dǎo)或雙脊矩形波導(dǎo)；所述任一最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)的兩端面的寬邊都與Y軸方向平行。

當(dāng)電磁波的頻率接近所述折疊波導(dǎo)的工作模式的截止頻率時，Z軸與所述任意一個最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)的兩個交集處的電磁波的電場的方向相同。

本發(fā)明的最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)有2種結(jié)構(gòu)，第一種結(jié)構(gòu)為：相鄰2個最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)直接連接，每一個最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)至少包括2個分別位于Y軸兩側(cè)的U形彎波導(dǎo)，U形彎波導(dǎo)的凹口面向Y軸，同一最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)內(nèi)的2個U形彎波導(dǎo)采用波導(dǎo)段結(jié)構(gòu)連接，一個U形彎波導(dǎo)的一端與另一個U形彎波導(dǎo)的一端之間采用波導(dǎo)段結(jié)構(gòu)連接，每一個所述波導(dǎo)段結(jié)構(gòu)包括一個位于Y軸上的波導(dǎo)段和2個分別位于波導(dǎo)段兩側(cè)的扭波導(dǎo)段，扭波導(dǎo)段位于U形彎波導(dǎo)的端部與波導(dǎo)段的端面之間的間隙處。

第二種結(jié)構(gòu)為：相鄰2個最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)直接連接；每一個最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)至少包括2個分別位于Y軸兩側(cè)的U形彎波導(dǎo)，U形彎波導(dǎo)的凹口面向Y軸，同一最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)內(nèi)的2個U形彎波導(dǎo)采用波導(dǎo)段結(jié)構(gòu)連接，一個U形彎波導(dǎo)的一端與另一個U形彎波導(dǎo)的一端之間采用波導(dǎo)段結(jié)構(gòu)連接，每一個所述波導(dǎo)段結(jié)構(gòu)包括一個位于Y軸上的波導(dǎo)段和1個位于波導(dǎo)段一端的扭波導(dǎo)段；同一最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)內(nèi)，Y軸一側(cè)的U形彎波導(dǎo)的一端部直接與波導(dǎo)段連接，Y軸另一側(cè)的U形彎波導(dǎo)的一端部直接與扭波導(dǎo)段連接，且整個扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)中，相鄰的2個扭波導(dǎo)段分別位于Y軸兩側(cè)；所述扭波導(dǎo)段由2個L形波導(dǎo)段疊合連接在一起組成，一個L形波導(dǎo)段相比另一個L形波導(dǎo)段呈水平翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。

所述所有U形彎波導(dǎo)中至少一個的橫截面的至少一個形狀參數(shù)隨該扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)的中心線的相對變化大于10%；所有波導(dǎo)段中至少一個的橫截面的至少一個形狀參數(shù)隨該扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)的中心線的相對變化大于10%。

在每一個所述最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)中，相鄰的兩個扭波導(dǎo)段互相不直接相連；所述U形彎波導(dǎo)為H面U形彎波導(dǎo)。

所述波導(dǎo)段為矩形波導(dǎo)。

所述扭波導(dǎo)段為L形波導(dǎo)段。

直線電子束通道貫穿所有波導(dǎo)段。

所述U形彎波導(dǎo)為E面U形彎波導(dǎo)。

所述任意最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)的兩端面都與YZ平面平行； 所述最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)的兩端面的形狀為矩形；所述任一最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)的兩端面的寬邊都與Y軸方向平行；所述扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)的上表面齊平；這里的所述扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)，包括所有U形彎波導(dǎo)、所有波導(dǎo)段，和所有扭波導(dǎo)段。

為了便于加工，所述扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)的上表面齊平；這里的所述扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)， 包括所有U形彎波導(dǎo)、所有波導(dǎo)段，和所有扭波導(dǎo)段。這種準(zhǔn)平面結(jié)構(gòu)使我們可以將所有的電磁波結(jié)構(gòu)都安排在底座上，采用普通數(shù)控銑床一次完成，以確保加工精度和降低加工成本。

本發(fā)明提出了采用矩形波導(dǎo)、單脊波導(dǎo)、雙脊波導(dǎo)或其它形狀的波導(dǎo)的各種周期性扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)。在已有的折疊波導(dǎo)行波管的傳統(tǒng)的扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)的基礎(chǔ)上，很好地解決了形狀相位差帶來的電子束與電磁波之間的寬頻帶同步問題。這種準(zhǔn)平面結(jié)構(gòu)使我們可以將所有的電磁波結(jié)構(gòu)都安排在底座上，采用普通數(shù)控銑床一次完成，以確保加工精度和降低加工成本。該發(fā)明也可以用作緊湊的信號延遲線。采用該扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)作為行波管的互作用波導(dǎo)，可望大大降低高頻微波、毫米波，甚至太赫茲器件所需的電子束能量并展寬其工作帶寬。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施實例1的示意圖；

圖2為本發(fā)明實施實例1的仰視示意圖；

圖3為本發(fā)明實施實例1的最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施實例1的扭波導(dǎo)示意圖；

圖5為本發(fā)明實施實例2的最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖中標(biāo)號對應(yīng)名稱：1-輸入輸出波導(dǎo)，2-波導(dǎo)段，4-U形彎波導(dǎo)， 5-扭波導(dǎo)段，7-直線電子束通道。

實施實例1

如圖1-4所示。

一種扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)，包括沿Z軸方向依次連通并重復(fù)的至少5個最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)和輸入輸出波導(dǎo)1。相鄰2個最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)直接連接，每一個最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)至少包括2個分別位于Y軸兩側(cè)的U形彎波導(dǎo)4，U形彎波導(dǎo)的凹口面向Y軸，同一最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)內(nèi)的2個U形彎波導(dǎo)4采用波導(dǎo)段結(jié)構(gòu)連接，一個U形彎波導(dǎo)4的一端與另一個U形彎波導(dǎo)4的一端之間采用波導(dǎo)段結(jié)構(gòu)連接，每一個所述波導(dǎo)段結(jié)構(gòu)包括一個位于Y軸上的波導(dǎo)段2和2個分別位于波導(dǎo)段2兩側(cè)的扭波導(dǎo)段5，扭波導(dǎo)段5位于U形彎波導(dǎo)4的端部與波導(dǎo)段2的端面之間的間隙處。

存在一與Z軸平行的直線AB， 所述直線AB與所述任意一個最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)的交集為兩條互不直接相連的連續(xù)線段CD和線段EF。

存在一根平行于Z軸的直線電子束通道7；所述直線電子束通道7與所述直線AB重合；所述線段CD通過所述最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)中電磁波的電場強度的最大幅值點。

所述任意最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)的兩端面都與YZ平面平行； 所述最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)的兩端面的形狀為矩形波導(dǎo)；所述任一最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)的兩端面的寬邊都與Y軸方向平行。

當(dāng)電磁波的頻率接近所述折疊波導(dǎo)的工作模式的截止頻率時，所述直線AB與所述任意兩個沿Z方向相鄰的最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)的交集處的電磁波的相位差趨近于零。

每一個最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)包括2個U形彎波導(dǎo)4和2個波導(dǎo)段2。每一個最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)還包括4個扭波導(dǎo)段5。

所述2個U形彎波導(dǎo)4的高度和2個波導(dǎo)段2的寬度該U形彎波導(dǎo)4扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)的中心線的相對變化大于10%（圖中未示出）。

當(dāng)電磁波的頻率接近所述折疊波導(dǎo)的工作模式的截止頻率時，Z軸與所述任意一個最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)的兩個交集處的電磁波的電場的方向相同。

在每一個所述最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)中，相鄰的兩個扭波導(dǎo)互相不直接相連；所述U形彎波導(dǎo)4為H面U形彎波導(dǎo)4。

所述扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)的上表面齊平； 這里的所述扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)， 包括所有U形彎波導(dǎo)4、所有波導(dǎo)段2，和所有扭波導(dǎo)段5。

實施實例2

如圖5所示。

與實施實例1相比，不同之處僅在于：

這里的所有U形彎波導(dǎo)4為E面U形彎波導(dǎo)4。在每一個最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)中，每兩個扭波導(dǎo)互相直接相連構(gòu)成一組。兩組扭波導(dǎo)之間互不直接相連，具體的，相鄰2個最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)直接連接；每一個最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)至少包括2個分別位于Y軸兩側(cè)的U形彎波導(dǎo)4，U形彎波導(dǎo)的凹口面向Y軸，同一最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)內(nèi)的2個U形彎波導(dǎo)4采用波導(dǎo)段結(jié)構(gòu)連接，一個U形彎波導(dǎo)4的一端與另一個U形彎波導(dǎo)4的一端之間采用波導(dǎo)段結(jié)構(gòu)連接，每一個所述波導(dǎo)段結(jié)構(gòu)包括一個位于Y軸上的波導(dǎo)段2和1個位于波導(dǎo)段2一端的扭波導(dǎo)段5；同一最短波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)內(nèi)，Y軸一側(cè)的U形彎波導(dǎo)4的一端部直接與波導(dǎo)段2連接，Y軸另一側(cè)的U形彎波導(dǎo)4的一端部直接與扭波導(dǎo)段5連接，且整個扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)中，相鄰的2個扭波導(dǎo)段5分別位于Y軸兩側(cè)；所述扭波導(dǎo)段5由2個L形波導(dǎo)段疊合連接在一起組成，一個L形波導(dǎo)段相比另一個L形波導(dǎo)段呈水平翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。

以上我們給出了扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)的幾個實施實例。在這些實例中，為了繪制示意圖的方便，扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)的周期數(shù)為3-6個。實際上，在電磁波源，特別是在行波管中，扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)的周期數(shù)可以多達(dá)幾十個。同時，在以上的實施實例中，為了加工這些扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)，需要采取線切割、數(shù)數(shù)控車銑等加工方法，許多內(nèi)角需要倒角處理。這些倒角會對扭波導(dǎo)合并式準(zhǔn)平面矩形波導(dǎo)折疊波導(dǎo)的性能產(chǎn)生影響，在建模計算時必須加以考慮。