一種半周期交錯(cuò)余弦端面柵慢波結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波真空電子器件領(lǐng)域，具體涉及到一種半周期交錯(cuò)余弦端面柵慢波結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]慢波結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于行波型微波真空電子器件，也可作為諧振腔用于擴(kuò)展互作用型駐波器件，作用是降低在其中傳輸電磁波的相速度，使之與電子注保持同步，以獲得注波之間有效的互作用，屬于微波真空電子器件的核心部分。
[0003]隨著頻率提高到太赫茲波段，最常用的慢波結(jié)構(gòu)由于加工、散熱等技術(shù)難題在使用時(shí)受到很大的限制，因此，新型慢波結(jié)構(gòu)的探索工作得到了廣泛的重視。目前，以美國加州大學(xué)戴維斯分校為主的研究人員提出的半周期交錯(cuò)雙柵慢波結(jié)構(gòu)是一類重要的慢波結(jié)構(gòu)，如圖1和圖2所示，矩形波導(dǎo)I內(nèi)的兩個(gè)寬邊上加載了兩排矩形柵2，矩形柵通過半周期交錯(cuò)排列組成周期結(jié)構(gòu)，柵端面間形成電子注通道3，其中a和b表示波導(dǎo)的寬邊長和窄邊長，柵的周期為P，矩形柵長度與波導(dǎo)寬邊長a—致，柵寬和高分別為w和h，其中剖面線所示區(qū)域代表金屬。這種矩形交錯(cuò)雙柵慢波結(jié)構(gòu)與圓形螺旋線慢波結(jié)構(gòu)相比的優(yōu)點(diǎn)在于固有電子注通道，加工工藝和組裝工藝簡單，降低了加工復(fù)雜度及成本。這種慢波結(jié)構(gòu)的耦合阻抗和冷帶寬適中，具有高工作頻率和高功率的優(yōu)點(diǎn)，但存在高頻損耗高的特點(diǎn)。在太赫茲頻段，低損耗性能十分重要，這是由于高頻率意味著高頻損耗較大，而且此時(shí)表面粗糙度越來越接近趨膚深度，在一定程度上增大了高頻損耗。近年來，許多新型半周期交錯(cuò)雙柵慢波結(jié)構(gòu)的提出都是針對改變加載柵沿波導(dǎo)軸向剖面的形貌以期進(jìn)一步改善高頻特性的研究。公開號為CN203536356U、名稱為“一種T形交錯(cuò)雙柵慢波器件”的中國實(shí)用新型專利公開了一種將矩形柵體改進(jìn)為T型柵體的慢波器件，如圖3所示，通過“柵帽”兩側(cè)凸緣在電場中的尖端效應(yīng)，對器件的性能進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個(gè)目的在于，通過優(yōu)化垂直于波導(dǎo)軸線的柵體端面的輪廓來提供一種具有降低的高頻損耗和拓展的帶寬的交錯(cuò)雙柵慢波結(jié)構(gòu)。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種具有半周期交錯(cuò)余弦端面柵體慢波結(jié)構(gòu)的慢波器件。慢波結(jié)構(gòu)具有在矩形波導(dǎo)的兩個(gè)寬邊上加載的半周期交錯(cuò)排列柵體的周期結(jié)構(gòu)，在相對柵體間形成電子注通道。柵體在垂直于波導(dǎo)軸線的端面在電子注通道側(cè)具有單周期余弦輪廓，余弦輪廓頂點(diǎn)距相應(yīng)寬邊的距離為柵體高度，余弦輪廓的幅值小于柵體高度的一半。余弦輪廓兩端距離余弦輪廓頂點(diǎn)的距離為余弦幅值的兩倍。換句話說，與現(xiàn)有技術(shù)的矩形端面柵體相比，根據(jù)本發(fā)明的方案將矩形柵體改進(jìn)為在電子注通道側(cè)具有余弦輪廓，或改進(jìn)為單余弦周期的柵體。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)慢波結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇合理的慢波結(jié)構(gòu)特征尺寸，改變柵體端面余弦輪廓的尺寸特別是柵體高度和余弦幅值，來調(diào)整工作模式的電磁場分布，保持電場分布仍集中在注波互作用空間的區(qū)域，擴(kuò)大產(chǎn)生面電流的磁場的分布區(qū)域。
[0006]具體地，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種交錯(cuò)雙柵慢波結(jié)構(gòu)，包括殼體，形成在內(nèi)腔第一邊上的多個(gè)第一柵體和形成在與第一邊相對的第二邊上的多個(gè)第二柵體，第一柵體與第二柵體沿慢波結(jié)構(gòu)軸線交錯(cuò)排列，第一柵體和第二柵體之間形成有電子注通道，所述各第一柵體和第二柵體垂直于軸線的端面分別在電子注通道側(cè)具有余弦輪廓。
[0007]優(yōu)選地，相鄰第一柵體之間的中心距和相鄰第二柵體之間的中心距分別為一個(gè)周期長度。
[0008]優(yōu)選地，相鄰第一柵體和第二柵體之間的中心距為半個(gè)周期長度。
[0009]優(yōu)選地，所述第一邊和第二邊為所述殼體矩形內(nèi)腔邊長長的對邊。
[0010]優(yōu)選地，所述多個(gè)第一柵體和多個(gè)第二柵體具有相同的形狀和大小。
[0011]優(yōu)選地，所述各第一柵體和第二柵體分別在電子注通道側(cè)具有單周期余弦輪廓。
[0012]優(yōu)選地，所述余弦輪廓的余弦幅值小于等于柵體高度的一半。
[0013]優(yōu)選地，所述余弦輪廓的兩端距其中心頂點(diǎn)的距離為余弦幅值的兩倍。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種交錯(cuò)雙柵慢波器件，具有如上所述的慢波結(jié)構(gòu)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的慢波器件，適用于太赫茲頻域，具有降低的高頻損耗，增加的冷帶寬和改善的色散特性。
【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0017]圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的交錯(cuò)雙柵慢波器件模型示意圖。
[0018]圖2示出圖1所示模型的周期結(jié)構(gòu)剖面圖。
[0019]圖3示出現(xiàn)有技術(shù)的T形交錯(cuò)雙柵慢波器件模型示意圖。
[0020]圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的交錯(cuò)雙柵慢波器件示意圖。
[0021]圖5示出圖4的交錯(cuò)雙柵慢波器件周期結(jié)構(gòu)剖面圖。
[0022]圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)例與對比例的半周期交錯(cuò)雙柵慢波結(jié)構(gòu)色散特性曲線。
[0023]圖7為根據(jù)本發(fā)明實(shí)例與對比例的半周期交錯(cuò)雙柵慢波結(jié)構(gòu)軸線耦合阻抗比較。
[0024]圖8為根據(jù)本發(fā)明實(shí)例與對比例的半周期交錯(cuò)雙柵慢波結(jié)構(gòu)高頻損耗比較。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)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(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0026]圖4和圖5示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種半周期交錯(cuò)余弦端面柵慢波結(jié)構(gòu)，該慢波結(jié)構(gòu)包括矩形殼體，內(nèi)腔以及等距離設(shè)于內(nèi)腔上寬邊和下寬邊上的多個(gè)余弦端面柵體，上寬邊柵體與下寬邊柵體之間形成有電子注通道。優(yōu)選該多個(gè)柵體形狀和尺寸相同，上下相鄰柵體沿慢波結(jié)構(gòu)軸線方向z向錯(cuò)位半個(gè)周期，即設(shè)于同一寬邊上相鄰兩柵體之間中心距為一個(gè)周期的長度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，每一柵體垂直于軸線的端面X向在電子注通道側(cè)具有余弦輪廓。圖5中，a表示矩形波導(dǎo)的寬邊長，b為波導(dǎo)的窄邊長，上寬邊柵體和下寬邊柵體沿波導(dǎo)軸線交錯(cuò)排列的幾何周期為P，柵體寬度為《，柵體高度即余弦輪廓中心頂點(diǎn)距其所在寬邊的