[发明专利]一种0.34THz行波管

说明书

技术领域

本发明涉及微波真空电子器件领域，具体地说涉及一种0.34THz行波管。

背景技术

随着科学技术的发展，在无线通信领域低频段的频谱资源日益短缺，急需向更高频段拓展，太赫兹波是指频率在10¹¹Hz至10¹³Hz范围内的电磁波，其频率是微波的几十至几百倍，能够容纳的信道容量相比微波频段要多得多，特别适合于宽带高速无线数据通信。对于雷达系统来说，由于太赫兹波的载波频率高，波长短，其对运动目标进行探测时的多普勒频移相比微波来说更大，可以实现更高的成像分辨率以及更精确的定位。为了拓展太赫兹应用系统的作用距离，最为简单有效的途径是提高系统中信号发射源的输出功率；此外，为了获得较高的通信速率以及成像分辨率，系统又要求信号发射源具备足够的带宽，目前信号源的现有水平已制约了太赫兹技术的发展，急需提高太赫兹源的整体性能。

行波管广泛地应用于电子对抗、雷达系统以及卫星通信等领域。行波管的基本工作原理，是利用阴极发射出来的直流电子注与电磁场发生相互作用，电子注产生群聚现象并进行能量交换，将电子直流能量转化为高频微波能量进行输出，形成信号放大器的功能。相比于固态微波放大器，行波管放大器具有大功率、宽频带、高效率、高增益等特点，在很多场合下是固态微波放大器所无法替代的。

频率0.34THz附近存在一个大气传输窗口，其中THz是一个频率的单位，为10¹²Hz。该频段太赫兹波的大气传输衰减相比临近频段更小，对于太赫兹应用系统来说，0.34THz是一个理想的载波信号频率。工作频率为0.34THz的远距离太赫兹应用系统需要0.34THz行波管作为末级放大器为系统提供大功率宽带载波信号，而现有的0.34THz行波管输出功率只能达到约40mW，无法满足该频段太赫兹应用系统的需求。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种0.34THz行波管，该行波管的带宽达到2GHz，增益达到20dB，输出功率达到130mW，可以满足0.34THz频段太赫兹应用系统的需求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种0.34THz行波管，包括电子枪、慢波结构、输能窗、磁聚焦系统以及收集极，所述慢波结构采用折叠波导结构，其参数包括波导宽边长度a、波导窄边长度b、半周期长度p、直波导长度h、弯曲波导半径r_avg以及电子束通道半径r_t，其中，波导宽边长度a为0.5mm±0.02mm，波导窄边长度b为0.08mm±0.02mm，半周期长度p为0.14mm±0.02mm，直波导长度h为0.21mm±0.02mm，弯曲波导半径r_avg为0.02mm±0.01mm，电子束通道半径r_t为0.09mm±0.01mm；

所述输能窗采用盒型窗结构，包括窗体和设于窗体内的窗片，所述窗片的厚度为0.1mm±0.02mm，直径为1.8mm±0.05mm，所述窗片的上下两端面各连接有一个圆柱谐振腔，所述圆柱谐振腔的直径为1.2mm±0.05mm，高度为0.1mm±0.05mm，所述窗片外径与圆柱谐振腔外径的同心度在0.01mm以内，所述两圆柱谐振腔外端各连接一段矩形波导，所述矩形波导为WR2.8标准波导。

进一步，所述慢波结构采用无氧铜材料制备而成，采用微铣削工艺或者UV-LIGA工艺进行加工，加工的表面粗糙度优于200nm。

进一步，所述慢波结构的总长度为200至300倍半周期长度。

进一步，所述窗体采用弥散无氧铜制备而成，所述窗片为蓝宝石窗片。

进一步，所述电子枪包括阴极、聚焦极和阳极，所述电子枪的直径为30mm±5mm，长度为60mm±5mm，所述阴极电位设置在-17000V，所述阴极发射面直径为0.5mm至1mm，所述阴极外径与阳极外径的同心度在0.02mm以内。

进一步，所述行波管工作时，所述电子枪的设置参数包括：电子束射程为10mm至15mm，电子束的束腰半径为0.04mm至0.08mm，电子束的电流为10mA至30mA。

进一步，所述磁聚焦系统采用周期永磁聚焦结构，磁场的周期性峰值为4000Gs至5000Gs，磁场的周期长度为7mm±1mm。