[发明专利]一种径向对数螺旋波导慢波线及加工方法

说明书

技术领域

本发明属于微波真空电子器件技术领域，更为具体地讲，涉及行波管中的一种径向对数螺旋波导慢波线及加工方法。

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，在毫米波雷达、制导、通信、微波遥感、辐射测量等众多领域具有突出的应用地位。由于其无可替代的宽频带特点，也成为各领域装备中最重要的一种微波管。

一支典型的行波管由电子枪、聚焦系统、慢波线（慢波结构）、输入输出装置和收集极五部分组成。作为行波管的核心部件，慢波线的任务是传输高频电磁行波并使电磁波的相速降到同步速度，并实现电磁波对电子注的调制，从而使电子注交出直流能量放大高频场，它的性能优劣直接决定了行波管的工作带宽、输出功率和效率等。

目前，常用的慢波线主要有螺旋线及其变形结构、耦合腔及其变形结构。其中，螺旋线类行波管具有很宽的带宽，可以达到几个倍频程，但是由于工艺问题，螺旋线主要用于Ka以下的频段，在高频端的应用受到很大限制；而耦合腔及其变形结构的梯形线具有很高的功率容量，可达数百瓦，并且可以应用于V及以上频段，但是带宽远不及螺旋线。在W及以上频段，耦合腔结构的另一种变形——曲折波导有着不错的表现，它因为加工方便，功率容量大而受到了广泛的关注，具有较好的应用前景。

但是，对于常规行波管而言，随着工作频率的提高，慢波线的尺寸必须大幅减小，这会大幅缩减电子注通道的尺寸，而相应的电子枪就必须缩小，行波管的整体尺寸也因此减小，所以行波管自身体积不再是限制行波管应用的主要因素。相比之下，随工作频率升高而增大的工作电压对行波管应用范围的限制更为明显。螺旋线行波管在S波段时工作电压为4KV，而在Ka波段工作电压为18KV，耦合腔类行波管的工作电压也均为上万伏。如此高的电压需要庞大的电源来提供，这就对使用空间提出了严格的要求，这也是固态器件在低频段能取代真空器件的重要因素之一。因此，寻求低电压慢波线对降低行波管的成本、扩展行波管的应用领域有着极大的促进作用。

对数螺旋慢波线是一种具有极低工作电压的慢波线，它的工作电压在百伏以内，对电源的需求极大降低。

图1是现有技术微带型对数螺旋慢波线的平面示意图。

图1中，a为螺旋微带线的起始半径，r为螺旋微带线上一点的半径，为螺旋微带线上点对应的相位，w为螺旋微带线的宽度。然而，已有的微带型对数螺旋慢波线工作频率较低，到目前为止，频率最高的仅在Ku波段。这是因为随着频率的增加，微带线的结构尺寸将变得很小，不仅对加工的工艺要求很高，也严重制约了行波管的功率容量。

“径向对数螺旋波导慢波结构”是申请人之前提出的一种可以工作在W及以上波段的波导慢波线，如图2，它是由单根矩形波导2按对数螺旋线的方程沿宽边绕成，电子注通道5开在宽边的中心位置，1为阴极，3和4分别为输入和输出端口。该结构具有尺寸大，加工简单等特点，并且是全金属结构，散热性能良好，可以承受大的工作电流，因而具有较高的功率容量。但是仍然存在需要改进的地方：①、电子注通道位置的场较弱，限制了注-波互作用的效率，这种限制在径向束行波管中尤为显著；因为径向束行波管的电流是由位于中心的阴极向外发散，随着半径的增大，电流密度会很快减小，导致电子注的群聚减弱，从而影响注-波互作用，②、径向对数螺旋波导慢波结构的带宽也需要进一步拓展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种径向对数螺旋波导慢波线，在降低高频段行波管的工作电压的同时，增强径向束行波管的注-波互作用强度，拓展其带宽，从而使行波管具有更低的成本和更宽的应用领域。

为实现上述发明目的，本发明径向对数螺旋波导慢波线，其特征在于，包括一根双脊波导，该双脊波导在宽边方向上，按照平面对数螺旋线旋转，其内端口为电磁波输入端口，外端口为电磁波输出端口；

在双脊波导脊的中心位置挖出一个圆盘形通道，作为电子注传输及进行注-波互作用的通道。

作为进一步改进，本发明还提供一种径向对数螺旋波导慢波线的加工方法，将所述的径向对数螺旋波导慢波线分成四部分来加工，在上下两块金属板内侧分别按顺时针、逆时针径向对数螺旋开相同深度和宽度的矩形槽，槽的深度均小于整块金属板的厚度，作为螺旋波导；

在所述的上金属板下方有一金属板，在该金属板上贯穿地按径向对数螺旋开矩形口，所开矩形口的宽度小于上下金属板所开矩形槽的宽度，并且所开矩形口的径向对数螺旋中心线与上金属板所开矩形槽的径向对数螺旋中心线对齐；该金属板与上金属板按矩形口和矩形槽的径向对数螺旋中心线对正压紧；