[发明专利]新型回旋行波管耦合输入结构

说明书

技术领域

本发明属于微波真空器件领域，涉及一种用于真空回旋行波管的输入装置，具体是一种新型宽带低插入损耗的耦合输入装置。

背景技术

微波真空回旋放大器件是利用真空中的运动电子所携带的动能去放大微波能量的器件。电子枪产生电子注，电子注在高频结构中与高频场相互作用，电子动能转化成高频场能。其中回旋行波器件在毫米波段能在较宽频带实现高功率输出，使其成为高功率微波源中一种重要的相干辐射源，在雷达和通信系统中已经得到广泛的应用。其中耦合输入结构的主要作用是将低功率的驱动信号高效、稳定地输入回旋行波管放大器的主作用回路。

目前，回旋行波管多采用圆波导作为其主回路，采用TE₁₁作为工作模式，并且工作频带靠近其主互作用回路的截止频率。因而，回旋行波管耦合输入结构主要采用矩形输入波导与圆形主波导直接垂直相连的结构，如图1所示，其中圆波导一端连接电子枪区，定义圆波导与电子枪区连接端至圆波导与矩形波导连接处之间的一段圆波导为电子注输入段，圆波导与电子枪区的连接端为始端，圆波导另一端连接高频结构；TE₁₀模式的电磁波从矩形波导注入，经过与圆波导的连接处后转化为TE₁₁模式在圆波导中传输，与电子驻共同进入高频结构。但是，这种垂直相连的结构只能将矩形波导输入电磁波一半能量转化为正向传输的电磁波进入高频结构与电子注互作用；与此同时，另外一半的输入能量转化成为了反向传输的能量进入电子注输入段，被电子注输入段始端加载的吸波介质吸收，导致该耦合输入结构输入电磁波插入损耗极大。插入损耗过大则需要提高前端输出功率要求，而前端一般采用固态器件或者传统行波管制成，输出功率十分有限，难以提供较高功率；若采用功率合成，其成本高昂，且合成需要控制相位，同样难以实现。因此，减小输入电磁波的插入损耗成为我们的研究核心。

发明内容

本发明的目的在于针对传统回旋行波管耦合输入结构插入损耗大的缺陷提供一种新型回旋行波管耦合输入结构，该结构能够在宽频带范围内有效减少输入电磁波的插入损耗。

本发明的技术方案为：新型回旋行波管耦合输入结构，包括圆波导及垂直加载于圆波导的矩形波导；其特征在于，所述圆波导的电子注输入段设置有一个以上矩形凹槽，所述矩形凹槽位于耦合输入结构的对称面上，与矩形波导的截面中心距离为(1/2+n)λ、n为正整数，其中λ为圆波导中心频点TE₁₁模的波长。

进一步的，所述矩形凹槽的长、宽由对应的工作频段与耦合量决定，深度为1/8λ′～3/8λ′、其中λ′为矩形凹槽对应尺寸的矩形波导的TE₁₀模的波长。

优选的，所述圆波导的电子注输入段始端设置有吸波介质环。

本发明提供的新型回旋行波管耦合输入结构中，圆波导一端连接着电子枪区，定义圆波导与电子枪区连接端至圆波导垂直加载矩形波导连接处之间的一段圆波导为电子注输入段、圆波导与电子枪区连接端为电子注输入段始端，另一端连接高频结构，用于使电子枪发射的电子注与外部输入的电磁波能顺利地进入高频结构。矩形波导垂直加载于圆波导，用于输入小信号电磁波，与圆波导连接处不但能耦合出正向传播的电磁波，也能耦合出反向传入电子注输入段的电磁波。一个以上的矩形凹槽开设于圆波导电子注输入段，根据电磁波的导播理论，当反方向传播的电磁波遇到矩形凹槽时，部分电磁波会耦合至凹槽内直至传到短路面，进而发生反射产生正向传输的电磁波；根据半波长匹配理论设定矩形凹槽在圆波导的位置、尺寸及深度，使得矩形凹槽反射处的电磁波与反向传输的电磁波相位相差180度(即二分之一波长对应的相差)，此时，两种波形叠加产生相互抵消的效果，反向传输波的能量即相应的减少并转化为正向传输波的能量，即有效的减小输入电磁波的插入损耗。同时，在电子注输入段始端设置的介质接收环能够有效吸收多余的反向传播的电磁波，防止电磁波进入电子枪区，干扰电子枪的正常工作。

需要说明的是，本发明能够通过调节矩形凹槽的参数与尺寸，方便地调节矩形凹槽产生反相位叠加相消波的频段使得该新型耦合输入结构能够工作于不同需要的宽频带范围。

本发明的发明效果为：本发明有效减小输入电磁波的的插入损耗，且通过增加矩形槽的数量和调节矩形槽的结构参数，能够工作于不同需要的宽频带范围；该新型回旋行波管耦合输入结构结构简单、加工方便，适用于多个频段的微波器件，有效节约重复设计和加工成本，为产品的一致性提供保障；并且能够在传统耦合输入结构上直接改造。

附图说明

图1为传统回旋行波管耦合输入结构的三维剖视图。