[发明专利]适用于毫米波EIO微波源的小型化大功率耦合输出结构

说明书

本发明提供了一种适用于毫米波EIO微波源的小型化大功率耦合输出结构，其构成包括方波导‑圆波导过渡段，半径渐变增大过渡段和封接窗。其中方波导‑圆波导过渡的形式可以采用直线也可以采用曲线，封接窗3的窗片可以采用蓝宝石、金刚石或石英片等介质材料，介质窗片厚度为微波在材料传导波长的二分之一波长的整数倍。与传统的EIO输出结构相比，本发明所提供的小型化大功率耦合输出结构在整个工作频带内都具有更高的传输效率，从而可以进一步提高EIO的输出功率。同时，这种小型化大功率耦合输出结构能够实现输出端口较大的功率容量，能够进一步满足装备系统对该类器件在功率容量、小型化等方面的要求，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及大功率毫米波扩展互作用器件，更为具体地说，是涉及一种适用于毫米波EIO微波源的耦合输出结构。

背景技术

扩展互作用振荡器(英文名EIO，Extended Interaction Oscillator的缩写)是一种重要的小型化电真空微波辐射源，如图1所示，它采用了速调管的谐振腔和行波管的慢波线，结合了两者的优点，形成独特的耦合腔链慢波线，电子注的调制在慢波系统上进行，具有较高的互作用效率。EIO可以有效地工作在毫米波乃至频率更高的太赫兹波段，具有结构紧凑、体积小、重量轻、功率高等特点，输出功率比毫米波行波管显著提高，与回旋管相比，EIO不需要超导磁体，启动速度快，体积和重量方面优势明显。扩展互作用器件在毫米波及以上波段拥有很大发展潜力，在气象观测、卫星通信、雷达等方面都有重要应用。EIO目前正在向高频率、高功率和小型化的方向发展，进一步采用先进的微细加工技术和阴极技术的EIO源，有希望发展成为一类重要的低频段太赫兹器件。

耦合输出结构作为EIO源的重要部件，具有真空密封、输出功率和匹配外部结构的作用。EIO源工作频率和输出功率的提高对耦合输出结构的功率容量和传输性能提出了更高的要求，目前在EIO器件发展和应用过程面临的关键问题之一是在高功率发展趋势下耦合输出结构的设计问题。

传统的EIO输出结构，其立体结构如图2所示。该结构由具有金属壁的输出过渡结构1、标准矩形波导段2、盒型窗3组成。其中，所述的输出过渡结构1的作用是实现EIO耦合孔与标准波导段2的阻抗匹配，一般采用直线渐变结构。盒型窗3的作用是实现真空器件与大气的隔离，一般采用矩形波导-圆波导-窗片-圆波导-矩形波导的对称结构。

传统的EIO输出结构一般采用标准矩形波导通过盒型窗耦合输出，各部分结构分别如图3、图4、图5所示。其中，输出过渡结构1的长度为L1，EIO耦合孔的横截面宽度为a1，高度为b1，输出过渡结构1的输出端口横截面宽度为a2，高度为b2；标准矩形波导段2的横截面宽度为a2，高度为b2，长度为L2；盒型窗3的矩形波导段长度为L3，横截面宽度为a2，高度为b2，圆波导段长度为L4，横截面半径为R，并满足R＝((1/2a2)²+(1/2b2)²)^1/2，窗片厚度为L5，横截面直径为R。总长度为LL＝L1+L2+2*L3+2*L4+L5。

传统的输出结构具有结构简单、频带宽等特点，是电真空系统常用的输出结构，在扩展互作用振荡管和速调管、行波管等真空电子领域已具有较好的应用。但是，这种耦合输出结构存在输出口功率容量小、输出窗反射较大等缺点，从而限制了其应用发展。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种适用于毫米波EIO微波源的小型化大功率耦合输出结构，以克服现有技术的EIO微波源耦合输出结构存在的输出口功率容量小、输出窗反射大，适用范围受限的等不足。

本发明提供的适用于毫米波EIO微波源的小型化大功率耦合输出结构，其构成包括由EIO输出端口的方波导渐变过渡到圆波导的方波导-圆波导过渡段，半径渐变增大圆波导段和封接窗，所述半径渐变增大圆波导段由一条回转母线回转一周形成。