[发明专利]一种回旋行波管放大器耦合输入结构和设计方法

说明书

技术领域

本发明属于微波技术领域，它特别涉及高功率微波器件。

背景技术

回旋行波管在毫米波段具有的高功率和宽带宽能力，使其成为高功率微波源中倍受关注的一种相干辐射源，在雷达和通信系统中已经得到广泛的应用。回旋行波管放大器的工作频带靠近其主互作用回路的截止频率，其耦合输入系统主要作用是将低功率的驱动微波高效、稳定地输入回旋行波管放大器的主互作用回路。

对于工作于不同模式的回旋行波管，其耦合输入结构各不相同。尽管现在许多国家都已经成功地开展回旋行波管放大器的试验，但是通常情况下其输入系统大多数都是采用单频点匹配方法设计——微波输入系统的传输性能(驻波比)在工作频带的中心只有一个最小值，然而当工作频率稍微偏离中心频点，其驻波比急剧上升，整个输入系统的驻波比呈现“V”字形状。这样的输入系统驻波比低于1.5的相对带宽一般在5％左右。

发明内容

本发明的目的是解决耦合输入结构传统设计方案的耦合输入带宽窄，且工作频带内驻波比较高的问题，为此提供一种回旋行波管放大器耦合输入结构和设计方法。

为了实现所述的目的，本发明的第一方面，提供一种回旋行波管放大器耦合输入结构，包括：

一真空隔离窗具有矩形波导和真空隔离窗片；

一第一波导具有圆波导和垂直加载的矩形波导；

一匹配波导具有多个匹配圆波导；

在真空隔离窗的一端口与第一波导的一端口由第一法兰连接，第一波导的一端口与匹配波导的一端口由第二法兰连接。

根据本发明的实施例，所述真空隔离窗有第一矩形波导、第二矩形波导和真空隔离窗片组成，其中：第一矩形波导的一端口与第二矩形波导的一端口连接；真空隔离窗片位于第一矩形波导与第二矩形波导的连接处。

根据本发明的实施例，所述真空隔离窗片由一铜板与一介质圆片采用钎焊技术封接而成，其中：铜板与介质圆片具有相同的厚度，铜板中间的圆孔与介质圆片具有相同的尺寸大小，介质圆片采用蓝宝石材料。

根据本发明的实施例，所述第一波导的第三矩形波导的矩形截面与第一圆波导的圆截面相互垂直放置，第一圆波导的圆截面与第N圆波导的圆截面相互平行放置。

根据本发明的实施例，所述匹配波导的第一匹配圆波导的圆截面与第N匹配圆波导的圆截面相互平行放置。

为了实现所述的目的，本发明的第二方面，提供一种回旋行波放大器耦合输入结构的设计方法，其步骤为：

步骤1：根据工作频带的范围，利用真空隔离窗的谐振特性，将耦合输入结构在两个频点上进行匹配；

步骤2：调整真空隔离窗片的厚度和介质圆片的尺寸大小，使真空隔离窗的谐振频率落在工作频带内，将真空隔离窗的谐振频率设定为第一参考频率；

步骤3：调整第一波导与匹配波导的传输特性，使得第一波导与匹配波导在第一参考频率上的驻波比大小相同或者相近；且调整过程中保证第一波导的第一圆波导与匹配波导的第N匹配圆波导的半径相等。

步骤4：将步骤3所得到第一波导与匹配波导在第一参考频率上进行匹配；即是将第一圆波导与第N匹配波导通过第二法兰级联起来，由此构成前级组合波导；在级联过程中需要精确地调整第N匹配圆波导的长度，使得第一波导与匹配波导在第一参考频率上匹配，即前级组合波导在第一参考频率上得到的驻波比最小；

步骤5：对比真空隔离窗与前级组合波导的传输特性，找到一个新的频率，在该频率上真空隔离窗与前级组合波导具有相同的驻波比，将该频率设定为第二参考频率；

步骤6：将真空隔离窗的第二矩形波导与前级组合波导的第三矩形波导通过第一法兰连接起来，得到回旋行波管放大器耦合输入结构。

根据本发明的实施例，第二矩形波导与第三矩形波导具有相同的横截面尺寸，在级联的过程中精确地调整第三矩形波导或者第二矩形波导的长度，使得真空隔离窗与前级组合波导在第二参考频率上进行匹配，得到耦合输入结构所对应的传输性能。

根据本发明的实施例，所述该耦合输入结构在第一参考频率和第二参考频率上都有驻波比极小值点，在两个参考频率之间有很宽的低驻波比频带，使得工作频带的相对带宽达到10％以上。

本发明的积极效果是提出的回旋行波管放大器耦合输入结构的方法和利用该方法设计的耦合输入结构。该耦合输入结构解决了传统设计方案的耦合输入带宽窄，且工作频带内驻波比较高的问题。而且这种方法设计的耦合输入结构在靠近回旋行波管放大器主互作用回路的截止频率时，也具有很好的传输性能，在工作频带内具有两个驻波极小值点。