[实用新型]圆弧形微带曲线平面慢波器件

说明书

技术领域

本实用新型属于微波真空电子技术领域中与行波管配套用慢波器件，特别是一种半圆弧形微带曲线平面慢波器件。

背景技术

行波管是靠连续调制电子注的速度来实现微波被放大的真空电子器件。在行波管中，电子注同慢波器件中行进的电磁行波发生有效互作用，在长达几十个波长的慢波电路中，电子注连续不断地把电子的动能交给电磁行波，从而使电磁行波得到放大。行波管具有大功率、高效率、高增益、宽频带和长寿命等特点。

慢波器件是放大微波能量的主要部件，它是行波管的核心器件之一，它的高频特性的好坏直接影响到行波管的性能，它的任务是传输高频电磁波并使该电磁波的相速略低于电子注的平均直流速度，从而实现电子注与电磁波的有效互作用。慢波器件特性的改善对提高和改善相应器件的功率、效率和频带等特性有着重要的作用。

随着真空电子技术的发展，诸如螺旋线、耦合腔等传统的慢波器件得到了很大的改进。与此同时，许多新型的慢波器件也引起了人们更多的关注，它们的许多特性是传统慢波器件无法比拟的。近年来，平面型慢波器件得到了进一步重视。作为平面型慢波器件的成员，微带型慢波器件加工工艺简单，散热性能好，成本低，结构小，重量轻，而且传统的微带线工艺加工技术已十分成熟，这为批量生产提供了广阔的前景。微带曲线平面慢波器件是一类新型的可适用于带状电子束的平面型慢波器件。山东大学的张大勇等人在军用微波管研讨会第十五届学术年会上发表的《微带型曲折线慢波结构的理论研究》会议论文中提出一种直角形微带曲线平面慢波器件，包括：基片，固定于基片上带输入、输出端的方波形微带曲线以及金属外壳。该器件是一种工作在S波段(2-4GHz)的微带曲线平面慢波器件，其中的基片为纯度99％的氧化铝(Al₂O₃)陶瓷，其上嵌入的微带曲线为与电子注传播方向垂直的一组相互平行、等距排列且首、尾相连的方波形微带曲线(亦称直角形微带曲线)，图1所示即为该类平面慢波器件的结构示意图。采用此类慢波器件的行波管具有较宽频带、大电流和低工作电压等优点，因而此类慢波器件是一种很有潜力的与微型毫米波行波管配套用平面慢波器件。该微带形平面慢波器件的主要制作工艺过程包括：

1)金属层的沉积：将磨好的基片置于真空溅射机内以溅射沉淀金属材料；

2)光刻：在基片上复制出掩模板上的图形，即微带型曲线的图形，在沉积好金属的基片上涂胶，烘干以除去胶层内的溶剂，置于曝光机中进行曝光，对曝光后的基片进行显影，用溶剂去除曝光部分的光刻胶，在基片上形成所需要的光刻胶图形；

3)刻蚀：通过化学刻蚀液和被刻蚀金属层之间的化学反应，将被刻蚀物质剥离下来，形成要要的方波形微带曲线形状。

此类微带曲线平面慢波器件与微波行波管配套用虽然具有较好的效果，但与工作在毫米波频段以上的行波管配套使用时、因其慢波器件的结构尺寸将变得非常小，对直角的拐角加工精度要求高，实际加工往往很难精确实现；并且由于直角处突变造成的不匹配将引起波的反射，而且当微带曲线的尺寸很小时，在直角的角尖处也易产生尖端放电效应；此外，基片采用纯度为99％的氧化铝陶瓷，氧化铝陶瓷的相对介电常数比较高(ε_r＝9.6)，工作在S波段时基片厚度为1.35mm，该氧化铝陶瓷基片尚可使用；但是当行波管工作在W波段(94～97GHz)时，要求基板很薄(厚度在十几个微米)，这时的氧化铝陶瓷很容易破碎，加之氧化铝陶瓷的导热系数(W·(m·K)^-1)仅为25.5、其散热性能仍较差，这既影响了该器件生产的成品率、又影响了此类平面慢波器件性能的进一步提高，该方波形微带曲线平面慢波器件的耦合阻抗及输出功率也相对较低。上述“方波”微带曲线由于微带曲线在直角形拐角处呈现突变引起的波反射、直角的角尖处又易产生放电效应，加之采用氧化铝陶瓷作基片、不但其散热性差，而且其性能因易破碎难以达到毫米波以上频段工作时对其强度的要求。因而，上述背景技术存在器件的结构难以小型化，基片散热性差，与工作在毫米波以上频段的行波管配套使用、其性能及可靠性差，耦合阻抗及输出功率相对较低等缺陷。

发明内容