[发明专利]一种并联耦合慢波电路返波管

说明书

本发明公开了一种并联耦合慢波电路返波管，采用多电子束电子枪、多个慢波结构，并获得的各慢波结构的返波进行叠加，同时，在相邻的两个慢波结构之间放置一个耦合结构，耦合结构为一金属隔离壁，在耦合结构中的方形环状栅之间的间隔位置有开孔，从而将多个慢波结构结合形成一个并联耦合慢波电路，并联慢波电路的耦合结构使各个慢波结构间的高频场和空间电荷场有效耦合，从而起到锁定各慢波结构间高频场的相位和提高互作用效率的目的，使得输出功率大于各个慢波结构功率的简单相加，从而大大提高了输出功率和效率。

技术领域

本发明属于真空电子器件技术领域，更为具体地讲，涉及一种返波管，该返波管的高频慢波结构为并联耦合慢波电路。

背景技术

作为经典的微波源器件，返波管是一种高功率，高效率的辐射源。此外，返波管还具有较好的单色特性、信号稳定性、频率调谐特性和紧凑的结构外观的特点，能连续波工作，工作频率能覆盖整个太赫兹的低频段，倍频后频率甚至可以达到几个THz。目前，在1THz频段，返波管只能产生毫瓦量级的功率输出，还不能满足通信、生物和其它一些应用的需要。

当返波管往高频段发展时，其功率水平降低的主要原因是制约真空微波器件的尺寸共度效应，即随着工作波长变短，器件高频结构的尺寸要相应减小。尺寸变小之后加工难度提高，装配变得困难；电子束通道相应变小，在保持相同电流密度的情况下，能够利用的电流就相应减小。这些因素加到一起，不但致使高频率返波管的输出功率和效率降低，并且连加工和实现都变得十分困难。

到目前为止，解决上述困难的已有途径主要包括提高高频结构加工工艺水平以及开拓新的加工方式以适应微细结构加工、提高电流密度和改进慢波结构性能三方面。

微细结构加工方法包括各种机械加工方法、UV-LIGA和DRIE等，但这些加工方法不能解决电流效率问题。提高电流密度是通过提高各种聚束系统的性能实现的，它虽然使得返波管所能够利用的总电流有所增加，但是这种增加是有限的，并且会使得聚束变得困难，管子流通变差。虽然有各种改进的高频结构被提出来，但是改进各种慢波电路只能对返波管性能有局部改进，不能大幅度提升返波管的输出功率和效率。这些已有研究和技术手段仅在一定程度上改善或者缓解了尺寸共度效应所带来的困难。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种并联耦合慢波电路返波管，以提高输出功率和效率。

为实现上述发明目的，本发明并联耦合慢波电路返波管，其特征在于，包括：

多电子束电子枪，用于产生多束电子注；

多个慢波结构，并行对齐放置，多束电子注的每一束电子注进入对应的一个慢波结构的电子注通道，慢波结构由多个方形环状栅沿一条直线间隔相同距离放置而成，方形环状栅中间开的方形孔为电子注通道孔，多个方形环状栅的电子注通道孔构成电子注通道，每个慢波结构的结构相同(方形环状栅以及方形环状栅之间的间隔是对齐的)

多个耦合结构，在相邻的两个慢波结构之间放置一个耦合结构，耦合结构为一金属隔离壁，在耦合结构中的方形环状栅之间的间隔位置有开孔；

聚焦系统，用磁场力抵消电子注的空间电荷排斥力，约束每一电子注使其能顺利通过各自进入慢波结构的整个电子注通道，而不被截获；

反射输出端口(返波管输出端口)，位于多个慢波结构的电子注输入口处，将各个慢波结构中反射回的电磁波(返波)进行能量叠加，并输出。

本发明的发明目的是这样实现的：