[发明专利]一种应用于介质加载回旋行波管中的角向功分波导结构

说明书

本发明公开了一种应用于介质加载回旋行波管中的角向功分波导结构，涉及微波、毫米波电真空器件技术领域。本发明的角向功分波导结构设置于介质加载互作用段和输出波导段之间；角向功分波导结构包括：圆波导、N个正向角向功分波导、N个逆向角向功分波导；正向角向功分波导为沿圆波导外壁角向均匀分布的斜出式矩形波导，逆向角向功分波导为沿圆波导外壁角向均匀分布的斜入式矩形波导。回旋行波管在预群聚阶段产生的电磁波在进入角向功分波导结构后，绝大部分电磁波能量直接传播到角向功分波导中，进而被吸波结构吸收；角向功分波导结构增加了耗散面积，提高了回旋行波管平均功率容量，并且角向功分波导结构还有效缩短了介质加载段的长度。

技术领域

本发明涉及微波、毫米波电真空器件技术领域，具体地说是一种应用于介质加载回旋行波管中的角向功分波导结构。

背景技术

回旋行波管是一种重要的高功率毫米波源。它具有宽带、高功率的特点，在雷达、通信、电子对抗、材料处理、受控热核聚变等离子体加热、环境保护等军民领域有着广泛的应用前景，因而在国际上以及国内受到高度重视。

经过多年的发展，回旋行波管已衍生出多种管型结构，其中介质加载结构回旋行波管是一种非常成功的回旋行波管结构，该回旋行波管包括依次连接的输入波导、介质加载互作用段、以及输出波导。高频互作用系统是回旋行波管的核心部件，其性能影响着回旋行波管的工作带宽、效率、增益以及功率容量等性能指标。在传统介质加载回旋行波管中，由于其输出系统的反射，在高平均功率条件下，会引起过量的高功率电磁波直接反射到介质加载互作用段，造成介质加载互作用段的末端损耗介质因吸收过量的高功率电磁波能量而过热出气，进而影响回旋行波管的稳定工作。此外，在高频互作用系统的介质加载段中，沿高频系统的轴向，电磁能量密度分布随着电子注-波互作用的加深而非线性指数增长，特别是在介质加载段的输出末端附近，其电磁能量密度最高，而高密度电磁能量分布必然引起高密度电磁能量介质吸收。在高平均功率条件下，会引起介质加载互作用段的输出末端损耗介质因吸收过量的高功率电磁波能量而过热出气，进而影响回旋行波管的稳定性，导致高频互作用系统的平均功率容量受限。此外，由于输出系统的反射，也会引起一部分输出的电磁能量直接返回到介质加载段中，并集中在末端陶瓷环处被耗散。在高平均功率条件下，这也会引起末端损耗介质因吸收过量的高功率电磁波能量而过热出气，导致高频互作用系统的平均功率容量的进一步受限。因此，如何提高介质加载回旋行波管高频互作用系统的平均功率容量是传统介质加载回旋行波管的一个技术瓶颈问题。

发明内容

为了解决传统介质加载回旋行波管高平均功率输出的技术瓶颈。本发明提出了一种应用于回旋行波管高频互作用系统中的角向功分波导结构。

本发明采用的技术方案如下：

一种应用于回旋行波管高频互作用系统中的角向功分波导结构，设置于介质加载回旋行波管的介质加载互作用段和输出波导段之间，其特征在于，所述角向功分波导结构包括：圆波导、N个正向角向功分波导、N个逆向角向功分波导，其中N＝8、12或者16。所述正向角向功分波导为沿圆波导外壁角向均匀分布的斜出式矩形波导，所述逆向角向功分波导为沿圆波导外壁角向均匀分布的斜入式矩形波导，其中所述斜出式矩形波导与圆波导间的夹角为θ₁(20°≤θ₁≤40°)，所述斜入式矩形波导与圆波导间的夹角为θ₂，且θ₁+θ₂＝180°。

所述正向角向功分波导与逆向角向功分波导交错分布，每个正向角向功分波导的末端均插入到相邻两个逆向角向功分波导的中间位置。

所述正向角向功分波导与逆向角向功分波导内均设置有由吸波材料制成的紧贴矩形波导宽边的斜劈型吸波结构，以吸收传播到非标矩形波导中的电磁波，同时增加矩形波导的散热面积。

进一步地，所述斜出式矩形波导与斜入式矩形波导为尺寸相同的非标矩形波导。

进一步地，所述吸波材料为陶瓷材料。

设计原理：