[发明专利]一种脊加载曲折波导慢波线

说明书

技术领域

本发明属于微波真空电子技术领域，涉及行波管放大器件。

背景技术

行波管作为微波频段应用最为广泛的电真空器件，具有其他器件无法比拟的优越性。慢波线作为行波管注-波互作用的核心部件，其性能优劣直接决定了行波管的技术水平。螺旋线和耦合腔一直是行波管中使用最广泛的慢波系统。螺旋线行波管虽然具有倍频程以上的带宽，但输出功率受到热耗散能力的限制；特别是当行波管工作于短厘米和毫米波段时，由于螺旋线横向尺寸极小，散热困难，其功率容量更小。耦合腔行波管虽然具有比螺旋线高一个数量级的功率电平，脉冲功率可高达数百kW，由于带边振荡的影响，其带宽十分窄。此外，毫米波耦合腔行波管尺寸很小，加工、装配精度要求高，成品率低，成本高。因此，寻找能工作在毫米波段，性能优良的新型行波管慢波结构就显得十分必要了。

曲折波导慢波线，如图1所示，是一类新型全金属慢波线，它是由矩形波导1沿电场面(波导宽面)周期性弯曲成直角型曲折线或U型曲折线而形成的；在沿慢波结构的中轴对称线2的位置在波导壁上开圆形通孔；然后在慢波结构的每个周期性直角槽或U型槽的两个圆形通孔之间，用与圆形通孔孔径尺寸相同的金属管3连接，形成电子注通道。曲折波导慢波线沿纵向对称面的剖面图如图2所示。该慢波结构在实现大功率容量的同时，具有良好的宽带性能。该结构主要有机械强度高、散热好、功率容量大、加工比较容易以及输入输出耦合结构相对简单的优点。同时，由于可以采用微细加工技术来制造，以曲折波导慢波结构为核心的微型曲折波导行波管在毫米波段很有潜力成为一种大功率、小型辐射源，在军事电子系统以及宽带毫米波通讯等领域具有很好的应用前景。

但是，由于曲折波导慢波系统属于基波为返向波的系统，工作在负一次空间谐波上，因此该慢波结构的耦合阻抗较低。根据皮尔斯理论，行波管的增益与增益参量成正比；行波管的增益参量为：C3=KcI04V0,]]>其中Kc为耦合阻抗，I₀，V₀分别为电子注电流和电压。大信号理论分析表明，电子效率具有如下关系：η_emax＝KC，其中k＝0.5～7。因此，耦合阻抗作为表征慢波系统和电子注相互作用强弱的参量，与行波管的增益与效率直接相关。根据已有的国内外相关实验报道，由于曲折波导慢波结构的耦合阻抗低，使得行波管整体的增益和效率被限制了。

发明内容

为了提高曲折波导慢波系统的耦合阻抗，从而使得曲折波导行波管具有更高的增益和效率，本发明提出了一种曲折双脊波导慢波线。

本发明所采用的技术方案是：

一种脊加载曲折波导慢波线，如图3所示，由一系列的圆弧弯曲波导(或直角弯曲波导)和直波导首尾连接而成，等同于由矩形波导1沿电场面周期性弯曲成U型曲折线(或直角型曲折线)，形成曲折波导结构。在每个曲折单元的直波导内壁加载有一定厚度的金属脊片4；在波导壁和金属脊片上沿慢波结构的中轴对称线2的位置处开有圆形通孔，相邻两个曲折单元的直波导的圆形通孔之间，采用与圆形通孔孔径尺寸相同的金属管3连接，形成电子注通道。

脊加载曲折波导慢波结构的尺寸参数如图4，图5所示：a为波导宽边长度，b为波导窄边长度，L为单个曲折周期结构的曲折长度，H为直波导的高度，r₀为电子注通道的半径，w为金属脊片的宽度，d为金属脊片的厚度，h为金属脊片的高度。金属脊片的相关尺寸满足：2r₀＜w≤a，0＜d＜0.5b，2r₀＜h≤H。