[发明专利]一种基于多分支波导的高阶过模功率耦合器

说明书

本发明提供了一种基于多分支波导的高阶过模功率耦合器，包括端口一，输入矩形波导，匹配台阶，第一、第二过渡矩形波导，第一反射谐振腔，(n‑1)个分支波导，过模输出波导，电子注通道，第二反射谐振腔，端口二，端口三；匹配台阶位于输入矩形波导和第一过渡矩形波导之间，第一过渡矩形波导末端设有第二过渡矩形波导，在第二过渡矩形波导下方设有第一反射谐振腔，第一过渡矩形波导的E面下方并排放置(n‑1)个分支波导，且多个分支波导连接一个过模输出波导，(n‑1)个分支波导下方与过模输出波导一侧连接有一个电子注通道。本发明结构不仅具有模式变换的特性，而且还能够实现注波分离/汇合，能够为高阶过平面慢波结构提供功率耦合装置。

[技术领域]

本发明属于太赫兹技术、真空电子技术领域，具体涉及一种用于毫米波/太赫兹高阶过模行波管/返波管的功率耦合器。

[背景技术]

基于高阶模平面慢波结构的带状多注行波管/返波管是产生和放大太赫兹波的一种重要技术途径。本专利的第一发明人提出了两种新型的高阶模平面慢波结构。在(“基于正交栅齿波导和多带状电子注的高阶模太赫兹辐射源的模拟研究”(Opt.Express)，2018年，26卷，7期，8040-8048页，作者：G.X.Shu,G.Liu,and Z.F.Qian)提出了金属柱加载的单栅慢波结构。在(“基于高阶模和带状双电子注的太赫兹返向波辐射”(J.Phys.DAppl.Phys.)，2018年，51卷，5期，055107-1-055107-6页，作者：G.X.Shu,G.Liu,L.Chen等)中，提出了金属脊加载的交错栅慢波结构。虽然上述两篇文章对高阶过模平面慢波结构进行了分析和设计，但与高阶过模平面慢波结构相连的功率耦合器却尚未提出。高阶过模功率耦合器不仅需要将基模TE₁₀模转换为高阶模，而且还需要能够实现电子注和电磁波的分离或汇合。当作为行波管的输入耦合器时，负责将管外信号源的功率馈入至慢波结构。当作为行波管/返波管的输出耦合器时，负责将管内的功率进行输入/输出。据发明人所知，关于高阶过模功率耦合器的文献很少。虽然文献(“W波段前瓦级过模行波管的研究”(8th UK,Europe,China Millimeter Waves and THz Technology Workshop)，2016年，作者：Y.F.Hu,J.J.Feng)为高阶模平面慢波结构设计了一个模式变换器，但是该器件并不能实现注波分离/汇合。本专利的第一发明人为基模平面慢波结构提出了一个Y形分支波导耦合器(“带状注行波管超宽带输入/输出结构的设计和测试”(Review of ScientificInstruments)2015.86卷，6期.064703-1-064703-7页，作者：G.X.Shu,J.X.Wang,G.Liu,等)，然而该耦合器虽然能够实现注波分离或汇合，但不具备模式变换的功能。高阶过模耦合器需兼具模式变换特性和功率耦合特性，它的性能好坏将直接影响着整管的性能。一个优良的高阶过模功率耦合器需要具备低端口反射、高隔离度和高转换效率等特性。因此本发明提出了一种基于多分支波导的高阶过模功率耦合器。

[发明内容]

本发明的目的在于：提供一种高阶过模功率耦合器，其基于多分支波导结构实现模式变换，并通过构建电子注通道和反射腔来引入隔离端口，实现电子注和电磁波的汇合或分离。另外，通过反射腔和匹配台阶的引入来提高高阶模功率耦合器的模式变换、端口反射和隔离特性。所提出的高阶过模功率耦合器兼具模式变换特性和功率耦合特性。

本发明具体采用如下技术方案：