[发明专利]用于带状注器件的耦合器

说明书

本申请适用于真空电子技术领域，提供了一种用于带状注器件的耦合器，包括主波导、副波导、连接所述主波导和所述副波导的单耦合分支波导、金属挡板、倾斜短路面以及Bragg反射腔；所述主波导的第一端为所述耦合器的输入端口，所述主波导的第二端为所述耦合器的隔离端口；所述副波导的第一端为所述耦合器的输出端口，所述副波导的第二端与所述倾斜短路面连接；所述Bragg反射腔加载在所述主波导下方；所述金属挡板加载在所述副波导的第二端，并靠近所述倾斜短路面。能够解决带状注器件耦合器结构复杂、加工难度大、工作频带窄等问题。

技术领域

本申请属于真空电子技术领域，尤其涉及一种用于带状注器件的耦合器。

背景技术

毫米波/太赫兹波的频率范围位于微波和红外线之间，综合了电子学和光子学的许多优越特性，其中包含波长短、频率高、带宽宽等，在通信、雷达探测、安检成像、生物医疗、食品检测等方面具有良好的应用前景。基于带状电子注的行波管/返波管是一种非常重要的毫米波/太赫兹波放大器/振荡器。和传统圆形电子注相比，带状电子注具有电子注横截面面积大、电流密度低等优点。和带状电子注相匹配的慢波结构具有二维平面特性，利于加工。由于上述优点，近年来，带状注器件受到了广泛研究。

输入/输出耦合器是带状注器件的核心部件之一，其性能好坏直接影响整管性能，比如功率、增益和稳定性等。输入耦合器负责注波汇合，电磁波从输入端口输入，电子枪发射的带状电子注从隔离端口馈入。注波在输入耦合器汇合，并一起传输至慢波结构进行注波互作用。输出耦合器负责注波分离，电磁波通过输出耦合器输出至负载，互作用后的带状电子注通过收集极进行收集。一个性能优良的输入输出耦合器应具有以下特点：工作频带宽、耦合系数高、隔离特性好、反射系数低和易于加工。

近年来，多种带状注器件的输入输出耦合器被研究，在期刊论文“Theoreticalanalysisand design optimization of wideband input/output branch waveguidecouplersfor a sheet beam traveling wave tube”(Journal of ElectromagneticWaves and Applications,54(3):2002-2013(2015))，作者：G.X.Shu*,J.X.Wang,G.Liu,Y.Zheng,L.Y.Yang,and Y.Luo)一文中，提出了一种多分支波导耦合的输入输出耦合器。反射系数和隔离系数低于-15dB且耦合系数大于-0.3dB的带宽为13.6GHz(相对带宽为30.7％)。虽然该耦合器具有很宽的工作频带，但是当工作频率上升至太赫兹波段时，由于该耦合器采用了多分支波导耦合结构，每个分支波导的结构尺寸将会很少，其加工难度将会非常大。在中国发明专利(《一种带状注器件的曲线耦合输入输出装置》，专利申请号：201510241142.1，作者：王建勋，杨利亚，刘国，舒国响，罗勇。)中，提出了一种H-面曲线耦合的输入输出耦合器。该耦合由于采用单孔耦合，降低了加工难度。然而，该耦合器的工作带宽不够宽。从该专利的实施例给出的数据可知：该耦合器工作在W频段(75-110GHz，中心频率95GHz)，1-dB传输带宽为23.2GHz(相对带宽为24.4％)，另外，曲线轮廓的耦合结构加工难度大、加工成本高。

发明内容

本发明提供了一种用于带状注器件的耦合器，解决了上述背景技术中提到的耦合器结构复杂、加工难度大、工作频带窄等问题。

本发明具体采用如下技术方案：

本发明提供了一种用于带状注器件的耦合器，包括主波导、副波导、连接所述主波导和所述副波导的单耦合分支波导、金属挡板、倾斜短路面以及Bragg反射腔；所述主波导的第一端为所述耦合器的输入端口，所述主波导的第二端为所述耦合器的隔离端口；所述副波导的第一端为所述耦合器的输出端口，所述副波导的第二端与所述倾斜短路面连接；所述Bragg反射腔加载在所述主波导下方；所述金属挡板加载在所述副波导的第二端，并靠近所述倾斜短路面。