本實用新型涉及真空電子器件領域。更具體地，涉及一種基于微帶線的直角輸能結構、行波管。

背景技術：

在軍事上，隨著對更遠距離目標實現(xiàn)更高精度探測的需求愈加突顯，對于作為雷達、通信、電子對抗等電子信息裝備的有源相控陣體制的陣面功率、效率都有著更高的要求，以行波管為代表的真空器件則正好迎合了這種要求，將真空器件應用于有源相控陣體制中，將大大增強系統(tǒng)整體性能，是陣列天線系統(tǒng)理想的核心器件。

有源相控陣系統(tǒng)對系統(tǒng)中各個單元的間距具有嚴格的要求也即對單元中各個器件的橫截面面積有很高的要求，真空器件由于其體積大，不易集成的特點，常常被陣列天線系統(tǒng)所忽視。行波管若要應用于有源相控陣體制中，對行波管進行體積小型化設計是不夠的，還需要對行波管的輸能結構進行重新設計，使輸能方向與管體平行，減小整個行波管的橫截面面積。

如圖1所示，目前大多數(shù)螺旋線行波管主要采用螺旋線-同軸窗-同軸線拐角輸能結構1，包括同軸窗11和與同軸窗11同軸連接的同軸線12，其中，同軸窗11包括內(nèi)導體111、介質(zhì)窗片112和外導體113，為使同軸線改變方向以便沿行波管軸向方向延伸，需對與同軸窗11同軸連接的同軸線12進行強制彎曲，此結構對同軸線纜的強度要求較高且需要一定的彎曲半徑，同時由于同軸線12與同軸窗11需要螺紋或者卡扣連接，增加了輸能結構的高度，進一步增加了行波管整管的橫向尺寸，這種結構不利于行波管的小型化設計。

因此，需要提供一種尺寸緊湊的可小型化的輸能結構，便于行波管在相控陣天線系統(tǒng)中應用。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的一個目的在于提供一種基于微帶線的行波管直角輸能結構，本實用新型的另一個目的在于提供一種帶有微帶傳輸線的行波管，形成螺旋線行波管直角輸能結構，貼著行波管的表面輸入或輸出行波管內(nèi)螺旋線的能量，減小螺旋線行波管的橫向尺寸，滿足有源相控陣天線系統(tǒng)的對于螺旋線行波管的結構需求。

為解決上述技術問題，本實用新型采用下述技術方案：

本實用新型公開了一種基于微帶線的行波管直角輸能結構，該直角輸能結構包括：

包括內(nèi)導體、介質(zhì)窗片和外導體的同軸窗；以及

包括介質(zhì)基底及形成在介質(zhì)基底上的導體的微帶線；

所述微帶線的導體垂直于所述內(nèi)導體與內(nèi)導體位于行波管外的一端電連接；

所述內(nèi)導體位于行波管內(nèi)的一端與螺旋線電連接。

優(yōu)選地，所述微帶線垂直于同軸窗沿行波管表面延伸。

優(yōu)選地，所述微帶線的導體為覆在介質(zhì)基底表面上的線性導體。

優(yōu)選地，所述微帶線的導體與內(nèi)導體焊接電連接。

優(yōu)選地，所述外導體包括垂直于同軸窗內(nèi)導體延伸的用于對微帶線提供支撐的支撐部。

優(yōu)選地，所述同軸窗為圓形窗或矩形窗。

優(yōu)選地，所述同軸窗內(nèi)導體與所述螺旋線采用激光焊接連接。

本實用新型同時公開了一種帶有直角輸能結構的行波管，該行波管包括：

包括內(nèi)導體、介質(zhì)窗片和外導體的同軸窗；以及

包括介質(zhì)基底及形成在介質(zhì)基底上的導體的微帶線；

所述微帶線的導體垂直于所述內(nèi)導體與內(nèi)導體位于行波管外的一端電連接；

所述內(nèi)導體位于行波管內(nèi)的一端與螺旋線電連接。

本實用新型的有益效果如下：

本實用新型通過將微帶線作為同軸窗的輸能手段，將微帶線的導體垂直于同軸窗內(nèi)導體與內(nèi)導體焊接并將微帶線貼設于同軸窗介質(zhì)窗片的表面，利用同軸窗內(nèi)導體輸入或輸出行波管內(nèi)螺旋線上的能量。根據(jù)本實用新型的微帶線同軸窗輸能結構，實現(xiàn)了微帶線直接垂直于同軸窗延伸，減小了常規(guī)同軸線傳輸介質(zhì)實現(xiàn)直角拐角所需要的空間。同時，將微帶線貼設于同軸窗的表面、沿行波管軸向方向延伸，可進一步降低行波管輸能結構的高度，有效減小行波管的徑向尺寸，便于將行波管應用于相控陣天線系統(tǒng)中。

附圖說明

下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細的說明。

圖1示出現(xiàn)有的螺旋線-同軸窗-同軸線拐角輸能結構的示意圖。

圖2示出本實用新型的一種基于微帶線的行波管直角輸能結構的俯視圖和剖視圖。

圖3示出本實用新型的一種基于微帶線的行波管直角輸能結構圓形窗和矩形窗的示意圖。

圖4示出本實用新型的一種基于微帶線的行波管直角輸能結構微帶線的俯視圖和剖視圖。

圖5示出本實用新型的一種基于微帶線的行波管直角輸能結構仿真結果的示意圖。

圖6示出本實用新型的一種基于微帶線的行波管直角輸能結構實驗結果的示意圖。

附圖標記：

1、螺旋線-同軸窗-同軸線拐角輸能結構，11、同軸窗，111、內(nèi)導體，112、介質(zhì)窗片，113、外導體12、同軸線；

2、基于微帶線的螺旋線行波管直角輸能結構，21、同軸窗；22、微帶線，211、內(nèi)導體，212、介質(zhì)窗片，213、外導體，221、介質(zhì)基底，222、導體。

具體實施方式

為了更清楚地說明本實用新型，下面結合優(yōu)選實施例和附圖對本實用新型做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本實用新型的保護范圍。

圖2示出根據(jù)本實用新型一個實施例的行波管直角輸能結構。如圖2所示，本實用新型公開了一種基于微帶線的行波管直角輸能結構2，所述直角輸能結構2包括：包括內(nèi)導體211、介質(zhì)窗片212和外導體213的同軸窗21以及包括介質(zhì)基底221及形成在介質(zhì)基底221上的導體222的可垂直于所述同軸窗21延伸的微帶線22。內(nèi)導體211位于行波管內(nèi)的一端與行波管內(nèi)的螺旋線例如采用激光焊焊接，內(nèi)導體211位于行波管外的一端與所述微帶線22的導體垂直222電連接，例如，可通過對介質(zhì)窗片212表面形成局部金屬化實現(xiàn)內(nèi)導體211與微帶線22上導體焊接。同軸窗21與微帶線22的焊接結構需要保證焊接后的直角輸能結構2與行波管設置的密封性，以維持行波管內(nèi)的真空環(huán)境。該實施例中，外導體213可為橫截面與所述介質(zhì)窗片212形狀相匹配的中空的殼體，可接地設置。同軸窗21可采用圓形或矩形等形狀，介質(zhì)窗片212的形狀如圖3所示。同軸窗21保持了螺旋線行波管內(nèi)的真空環(huán)境，同時也可為所述微帶線22提供介質(zhì)支撐。例如，如圖2所示，窗片212與外導體213為端封結構，外導體213優(yōu)選包括垂直于同軸窗21內(nèi)導體211延伸的支撐部，用于對微帶線22提供支撐?？梢岳斫?，同軸窗21可以采用其他密封結構實現(xiàn)相同的性能要求。

所述微帶線22垂直于所述行波管內(nèi)導體211設置，可沿行波管軸向的方向延伸，優(yōu)選地貼設于所述介質(zhì)窗片212的表面，可進一步降低行波管直角輸能結構2的高度和微帶線22傳輸介質(zhì)占據(jù)的空間。如圖4所示，微帶線22的導體222優(yōu)選為覆在介質(zhì)基底221表面上的線性導體，可設置于微帶線22遠離行波管的一側。微帶線22的導體可采用刻蝕覆金屬介質(zhì)板的方式得到微帶線22，所述微帶線22的線型需滿足直角輸能結構2信號傳輸?shù)男阅苄枨?，可采用漸變圖形的微帶線。所述微帶線22導體222的一端可與同軸窗21內(nèi)導體211焊接連接。

作為優(yōu)選實施例，本實用新型還涉及一種帶有微帶傳輸線的行波管，該行波管包括如上所述的基于微帶線的行波管直角輸能結構2。為簡明起見，行波管的結構在此不再贅述。

所述基于微帶線的行波管直角輸能結構設計方法例如包括，根據(jù)行波管的參數(shù)要求，選擇同軸窗21的形狀和介質(zhì)窗片212的材料，選擇微帶線22介質(zhì)基底221的材料；確定介質(zhì)窗片212的厚度及外形尺寸；確定導體222厚度、寬度和形狀；確定介質(zhì)基底221的厚度。

首先得到微帶線22的等效介電常數(shù)為

其中，ε_r為介質(zhì)基底的介電常數(shù)，w為導體寬度，h為介質(zhì)基底厚度。

當時，上述公式可簡化為

當介質(zhì)為空氣時，微帶線22的耦合阻抗為

進而可得到本實施例中微帶線22的耦合阻抗為

w′＝w+Δw′

其中，t為導體厚度。

為了優(yōu)化行波管直角輸能結構，根據(jù)本實用新型的設計方法初步確定導體222厚度、寬度和形狀以及介質(zhì)基底221的厚度，基于微帶線22的耦合阻抗，利用電磁仿真軟件例如CST對行波管回波損耗特性(S11參數(shù))及駐波比(VSWR)進行仿真，根據(jù)所需的行波管S11參數(shù)及VSWR，對所述初步確定的導體222厚度、寬度和形狀以及介質(zhì)基底221的厚度及外形尺寸進行優(yōu)化。

下面通過一個具體實例對本實用新型作進一步的說明。首先在仿真分析環(huán)境中建立直角輸能結構的三維模型：選擇同軸窗21的形狀為矩形，介質(zhì)窗片212的材料為氧化鋁陶瓷以及微帶線22介質(zhì)基底221的材料為氧化鋁陶瓷，選擇介質(zhì)窗片212的厚度及外形尺寸，建立同軸窗21。確定導體222厚度、寬度和形狀，確定介質(zhì)基底221的厚度，建立微帶線22。計算得到微帶線22的耦合阻抗為50Ω，在仿真環(huán)境中驗證Ku波段的S11參數(shù)和VSWR，并對直角輸能結構2的同軸窗21和微帶線22的各個參數(shù)進行優(yōu)化，得到同軸窗21介質(zhì)窗片212尺寸為2毫米*2毫米，微帶線22導體222厚度為0.1毫米，介質(zhì)基底221寬度為2毫米，此時的S11參數(shù)≥-10dB，VSWR≤2，如圖5所示。

在實驗室環(huán)境下按照在仿真環(huán)境中優(yōu)化后的上述同軸窗21和微帶線22的各個參數(shù)建立行波管直角輸能結構2，將螺旋線與同軸窗21內(nèi)導體211激光焊接，對窗片金屬化、將內(nèi)導體211和微帶線22通過焊接實現(xiàn)電連接，其中內(nèi)導體211與微帶線22呈直角設置，得到根據(jù)本實用新型的直角輸能結構2。在微帶線22沿行波管軸向方向延伸的一端連接標準同軸輸出，利用矢量網(wǎng)絡分析儀，對所得到的直角輸能結構2進行測試。通過實驗驗證Ku波段的S11參數(shù)和VSWR，得到S11參數(shù)≥-10dB，VSWR≤2，與仿真結果一致，如圖6所示。因此，本實用新型可以微型化結構實現(xiàn)行波管螺旋線能量的高質(zhì)量輸入或輸出。

本實用新型的直角輸能結構2采用同軸窗21和垂直于所述同軸窗21、沿行波管表面延伸的微帶線22輸入或輸出行波管中螺旋線上的信號。根據(jù)本實用新型的行波管直角輸能結構2不必采用與同軸窗21螺紋連接或卡接的同軸線，避免了由于強制彎折同軸線形成拐角輸能結構而造成的行波管橫向尺寸增大的問題。本實用新型中微帶線22為平板狀且可貼設于所述同軸窗21的表面，不必設置外部保護裝置，可直接暴露于空氣中，相對于現(xiàn)有的同軸線拐角輸能，結構和工藝簡單，能夠大幅度降低行波管輸能結構的高度，從而減小行波管的尺寸，使行波管的設計能夠進一步小型化，便于應用于有源相控陣體制中。

顯然，本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定，對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本實用新型的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之列。