[发明专利]新型带状电子束行波管输出结构

说明书

本发明提供一种新型带状电子束行波管输出结构，该输出结构包括双矩形波导耦合结构、圆弧形弯波导、单斜劈介质匹配负载、直线型渐变段，其中双矩形波导耦合结构包括上、下波导；上波导为电磁波通道，电磁波通道两端分别为电磁波输出端口、匹配负载端口；下波导为电子注通道，电子注通道两端分别为电子注输出端口、输入端口；所述波通道与电子注通道之间设置矩形耦合缝，所述圆弧形弯波导连接于电磁波输出端口，所述单斜劈介质匹配负载设置于匹配负载端口，所述直线型渐变段连接于电子注输出端口。该新型结构能够有效地实现注波分离、提供较宽的电子注通道、隔离高频互作用区和收集极区并且在较宽频带上拥有较好的传输系数。

技术领域

本发明属于微波真空器件领域，涉及用于大功率微波真空器件的输出结构，具体为一种带状电子束行波管的超宽频带输出结构。

背景技术

带状束微波真空器件是通过电子在真空中的运动将带状电子束所携带的电子动能转换成微波能量的器件。电子枪产生带状束电子注，电子注在阳极与阴极之间的电压和外加磁场的约束下向高频结构运动。电子注在高频结构中与高频场相互作用，将电子的能量转化成高频能量。为了实现注波互作用过程，需要通过输入结构将高频输入信号能量耦合到慢波线上，进而与电子注互作用进而被放大，而被放大的高频信号能量则通过输出结构耦合到输出回路上去。合理的输出结构对提高器件整体的性能，增加器件的稳定性以及扩展器件的工作频带起着重要的作用。

常见的带状电子束行波管输出结构主要采用脊波导结合弯头的方式，电子注沿脊波导的纵向输入输出，高频能量从脊波导上的弯头耦合腔输入输出。然而，由于脊波导的尺寸通常是固定的，电子注在传输过程中不可避免的会发散以致打在波导壁上，破坏输出结构，影响管子的性能与寿命；并且为了增大电子的流通率，脊波导的尺寸不能过小，这就导致部分电磁波会进入收集极区，会对器件的性能以及稳定性造成影响；同时，弯波导虽然可以引导电磁波实现与电子注的分离，但由于它是与脊波导连通的，仍会有一定数目的电子因具有与弯波导方向相同的分速度而伴随电磁波进入其中，从而轰击窗片，造成窗片损耗；另外，由于脊波导连接结构的工作带宽十分有限，导致整管的工作带宽也受到一定的限制，一般只有30％的相对带宽。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题提供一种极宽频带、高电子通过率并且便于加工的带状电子束行波管输出结构，该结构能够有效地实现注波分离、提供较宽的电子注通道、隔离高频互作用区和收集极区并且在较宽频带上拥有较好的传输系数。

本发明的技术方案为：带状电子束行波管的输出结构，其特征在于，包括双矩形波导耦合结构、圆弧形弯波导、单斜劈介质匹配负载、直线型渐变段，其中双矩形波导耦合结构包括上、下波导；上波导为电磁波通道，电磁波通道两端分别为电磁波输出端口、匹配负载端口；下波导为电子注通道，电子注通道两端分别为电子注输出端口、输入端口；所述波通道与电子注通道之间设置矩形耦合缝，所述圆弧形弯波导连接于电磁波输出端口，所述单斜劈介质匹配负载设置于匹配负载端口，所述直线型渐变段连接于电子注输出端口。

进一步的，所述矩形耦合缝用于实现注波分离，其要求工作频带内电磁波的S参数如下：输入端口的反射系数小于-20dB；输入端口与电子注输出端口隔离度小于-20dB；电磁波与电子注输入端口与匹配负载端口的隔离度小于-20dB；输入端口到电磁波输出端口之间的插入损耗不超过0.2dB。

所述圆弧形弯波导用于引导电磁波传输，实现能量的横向输出。

所述直线型渐变段为渐变矩形波导，用于避免电子注因发散而击打波导壁，提高了电子注的流通率。

所述单斜劈介质匹配负载用于吸收电磁波，避免电磁波在端面的反射。

本发明采用双矩形波导耦合结构，通过多个矩形缝隙连接上、下波导，使高频电磁波在不干扰电子注传输的情况下从电子注通道(下波导)耦合到电磁波通道中(上波导)。通过调节缝宽、缝长获得较好的电磁波耦合量；通过调节缝隙数目、缝间距增加耦合出电磁波的方向性、拓展电磁波的带宽，且使结构更加紧凑。