[发明专利]一种输入输出耦合器

说明书

本发明提出一种输入输出耦合器，由输入耦合器和输出耦合器组成，输入耦合器和输出耦合器结构相同，分布在矩形交错双栅慢波结构两端；输入耦合器和输出耦合器由过渡段、矩形波导和反射隔离器组成，过渡段、矩形波导和反射隔离器的中心轴在z向上平行，耦合器关于x＝0的平面镜像对称。本发明采用在矩形交错双栅慢波结构的E面开口连接矩形波导作为输入输出，采用矩形腔反射器隔离电磁，使得整体结构简单紧凑、易于加工、在宽频带范围内端口反射系数小、对电子枪和收集极的隔离度高。

技术领域

本发明涉及一种输入输出耦合器，特别是涉及一种适用于矩形交错双栅慢波结构的输入输出耦合器，属于真空电子技术领域。

背景技术

近年来，矩形交错双栅慢波结构在毫米波和太赫兹源的研究中受到关注。这种慢波结构通过在矩形波导两个宽边上放置上下两排彼此交错分布的矩形金属栅，并在上下栅之间留有一定高度的电子注通道得到。引入位错后，双栅结构的基模TEx10模不再是y向反对称模，电子注通道中的横向场分量Ey减弱，纵向场分量Ez增强，给注波互作用提供了有利条件，此时慢波结构可工作于基模，提高了稳定性。矩形交错双栅慢波结构作为毫米波和太赫兹行波管、返波振荡器、自由电子激光等的高频慢波电路时，具有高频损耗较小、增益较高、带宽较大等优点，是一种有高频应用潜力的全金属慢波结构。

输入输出耦合器在行波管中的功能是将电磁波高效地馈入慢波系统，并将与电子注波互作用放大后的电磁波尽可能地传输至输出矩形波导，同时希望泄露至电子枪和收集极的电磁能量尽可能小，以免对行波管稳定性造成负面影响。矩形交错双栅慢波结构的输入输出耦合器设计有困难的主要原因是：(1)矩形波导连接到矩形交错双栅慢波结构，引入的结构不连续性大，造成较大反射；(2)电子注通道宽度与慢波结构宽度一样，信号在其中并不截止，易泄漏至电子枪和收集极，需要设法形成电磁隔离。

文献“J.Q.Lai，Y.B.Gong,Y.Y.Wei,et al.W-band 1-kW staggered double vanetraveling-wave tube.IEEE Trans.Electron Devices,2012,59(2):496-503”提供了一种反射系数小，隔离度较高的输入输出耦合器，由专利CN20111022781.8(一种宽带相移行波管的输入输出结构)提及的输入输出结构和专利CN20101059443.2(一种适用于矩形交错双栅慢波结构的能量耦合器件)提及的能量耦合器件共同组成，整体结构较为复杂，长度较长。结构复杂是由于引入了渐变双脊波导、双脊弯波导等精细结构，以达到汇聚电磁能量、引导电磁能量及减小反射系数的目的，这在太赫兹频段会增加微加工难度和制造成本；长度较长是因为采用渐变的上下两排交错矩形栅将慢波结构过渡至矩形波导，过渡段的渐变矩形栅的数量需足够多(5对即10个以上)以获得满足工程应用需求的反射系数，这样会增加低电压大电流密度条件下带状电子注的聚焦困难。此外，为了获得对电子枪和收集极的良好隔离，在弯波导中插入电子注通道时需缩小通道尺寸使电磁波在其中截止，这样会限制一定电流密度条件下通过的电流或增加电子被通道截获的概率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种结构简单紧凑、易于加工、在宽频带范围内端口反射系数小、对电子枪和收集极的隔离度高的输入输出耦合器。

本发明的技术解决方案：一种输入输出耦合器，由输入耦合器和输出耦合器组成，输入耦合器和输出耦合器结构相同，分布在矩形交错双栅慢波结构两端；

所述的输入耦合器和输出耦合器由过渡段、矩形波导和反射隔离器组成，过渡段、矩形波导和反射隔离器的中心轴在z向上平行，耦合器关于x＝0的平面镜像对称，矩形交错双栅慢波结构的E面开口通过过渡段连接矩形波导一端，所述的反射隔离器为z向和y向腔体组成的十字形腔体结构，z向腔体一端与矩形波导另一端连接，y向腔体在x-y平面内的中心与电子注通道中心重合，y向腔体在y-z平面内，沿电子注通道y向中心轴对称，所述的矩形波导在y向上可分布于电子注通道的上方或下方。