[发明专利]一种曲折波导慢波线

说明书

技术领域

本发明属于微波真空电子器件技术领域，更为具体地讲，涉及行波管的注-波互作用器件：一种曲折波长慢波线。

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、通信、微波遥感、辐射测量等众多领域具有突出的应用地位。而慢波结构（慢波线）则是行波管注-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。

目前，行波管在输出功率和工作带宽上存在严重的矛盾。螺旋慢波线及其变形类慢波线行波管具有很宽的带宽，但输出功率受散热条件限制而相对较小；而耦合腔和梯形线，这类行波管由于是全金属结构，功率容量一般可比螺旋慢波线类行波管高一个数量级以上，但是由于带边震荡的影响，其带宽十分窄。并且随着工作频率的升高，特别是在短毫米波段甚至是太赫兹波段，器件的尺寸将变得很小，传统的螺旋慢波线和耦合腔行波管将难以加工，螺旋慢波线行波管目前也只能工作在60GHz以下，而耦合腔行波管的精密加工以及装配都面临着巨大的困难和挑战。因此，开展既具有大的功率容量，又具有更宽的工作带宽的新型慢波线的研究就显得非常重要。

曲折波导慢波线，是一类新型全金属慢波线，该慢波线在实现大功率容量的同时，具有良好的带宽性能，并且具有机械强度高、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等优点。同时，由于可以采用微细加工技术来制造，使得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的小型辐射源。在宽带毫米波通讯等领域具有很好的应用前景。但是，由于曲折波导慢波线属于基波为返向波的系统，工作在负一次空间谐波上，因此耦合阻抗低，而耦合阻抗作为表征慢波系统和电子相互作用强弱的参量，与行波管的增益和效率直接相关。根据已有的国内外相关实验报道，由于曲折波导慢波线的耦合阻抗低，使得行波管整体的增益和效率被限制了。

在2011年02月09日授权公告的、公告号为CN 101651074B、名称为“一种脊加载曲折波导慢波线”中，申请人通过在每个曲折单元的直波导内壁加载一定厚度的金属脊片；在波导壁和金属脊片上沿慢波结构的中轴对称线的位置处开有一圆形通孔，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相同的金属管连接，形成电子注通道的方式，在一定程度上提高了曲折波导慢波线的耦合阻抗。但工作频带较窄，其耦合阻抗有进一步提高的必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种曲折波导慢波线，在同等尺寸下提高曲折波导慢波线的工作频带，并进一步提高其耦合阻抗，从而使行波管具有更高的增益和效率。

为实现上述发明目的，本发明曲折波导慢波线，包括：

一曲折波导，该曲折波导由一系列的圆弧弯曲波导或直角弯曲波导与直波导首尾连接而成，并等同于由矩形波导沿电场面周期性弯曲成U型曲折线或直角型曲折线的曲折波导结构；

多片金属脊片，在每个直波导内壁沿宽边方向都各加载有一片一定厚度的金属脊片；

在直波导宽边和金属脊片上沿曲折波导的中轴对称线的位置处开有圆形通孔，相邻两个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连接，形成电子注通道；金属脊片宽度w₁、厚度d₁、高度h₁满足：

2r₀<w₁≤a,0<d₁<0.5b,2r₀<h₁≤H；

其中，a为直波导宽边长度，b为直波导窄边长度，r₀为电子注通道的半径，H是直波导的高度；

其特征在于，还包括：

多个金属翼片，在直波导内壁沿窄边内壁方向都各加载有一片一定厚度的金属翼片；

金属翼片宽度w₂、厚度d₂、高度h₂满足：

w₂≤b,0<d₂<0.5a,h₂≤H；

本发明的发明目的是这样实现的：