[发明专利]一种紧凑型双共焦波导回旋行波管输入耦合器

说明书

本发明属于毫米波真空电子器件领域，具体为一种紧凑型双共焦波导回旋行波管输入耦合器，包括双共焦波导和标准矩形波导；双共焦波导包括角向均匀设置的4面开放共焦波导镜面；4面开放共焦波导镜面尺寸相同，且它们之间的镜面间距与曲率半径相等；所述标准矩形波导作为输入波导，垂直设于其中一开放共焦波导镜面上，且在该开放共焦波导镜面与标准矩形波导连接处开设有耦合孔；标准矩形波导中的基模通过该耦合孔进入双共焦波导中，并激励起回旋行波管所需的工作模式，完成电磁波的模式转换。本发明的输入耦合器相较于现有技术的共焦波导模式转换器而言，具有结构简单、易于加工的特点、可以用于实验测试且工作频带较宽。

技术领域

本发明属于毫米波真空电子器件领域，涉及一种波导模式转换器，具体为一种紧凑型双共焦波导回旋行波管输入耦合器，可以应用于工作在毫米波及太赫兹波段的回旋行波管。

背景技术

回旋行波管是一种将输入的微波信号进行放大的电真空器件，具有大功率、宽带宽和高增益的特点，已广泛用于电子对抗、雷达系统和高速无线通讯领域。

回旋行波管采用快波横向换能的工作方式，利用输入信号对回旋电子注进行速度调制，由于相对论质量效应使其逐渐形成角向群聚，在注-波互作用中交出能量，产生高功率毫米波输出。为了提高回旋行波管的输出功率，减小波导的尺度效应和抑制波导内的模式竞争，共焦波导回旋行波管被美国麻省理工学院(MIT)提出，并用实验证明了其确实能在高阶模式下实现高功率的输出，在亚毫米波-太赫兹雷达和通信系统等领域具有广泛的应用前景。但传统共焦波导回旋行波管由于其结构特点，注-波互作用效率低。为了提升工作效率，提高输出功率，在共焦波导回旋行波管基础上，提出了双共焦波导回旋行波管。在研制共焦波导回旋行波管的过程中，输入耦合器作为其核心部件之一，它能够将标准矩形波导中的输入信号耦合到回旋行波管的高频结构中去，将输入模式转变为所需工作频点的模式(一般为场分布呈准高斯分布的模式)。然后通过高频结构对电子枪发射出来的具有相对论效应的回旋电子束进行角向调制，实现注-波互作用，电磁波从电子束中获得能量从而实现高功率的输出。因此，对于能够工作于共焦回旋行波管的输入耦合器进行研究具有重要意义和价值。

目前，共焦波导回旋行波管多采用TE0m模式作为工作模式，并且工作频带靠近其模式的截止频率。为了解决共焦波导回旋行波管功率注入的问题，实验上多采用传统的共焦波导模式转换器(即脊加载改进型双臂结构、双路多缝电耦合结构和多缝磁耦合结构)。但这些传统转换器存在结构复杂，尺寸较大，加工不便，安装复杂，带宽较窄等劣势，不适合在双共焦波导回旋行波管上采用。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种紧凑型双共焦波导回旋行波管输入耦合器，以解决现有技术中共焦波导回旋行波管输入结构复杂，加工难度大的问题。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种紧凑型双共焦波导回旋行波管输入耦合器，包括：双共焦波导和标准矩形波导；

所述双共焦波导包括角向均匀设置的4面开放共焦波导镜面；4面开放共焦波导镜面尺寸相同，且它们之间的镜面间距与曲率半径相等；

所述标准矩形波导作为输入波导，垂直设于其中一开放共焦波导镜面上，且在该开放共焦波导镜面与标准矩形波导连接处开设有耦合孔；标准矩形波导中的基模通过该耦合孔进入双共焦波导中，并激励起回旋行波管所需的工作模式，完成电磁波的模式转换。

进一步的，所述双共焦波导沿输出方向依次分为截止段、直段和输出段，截止段、直段和输出段的镜面间距与曲率半径逐渐增大形成渐变式结构。

进一步的，所述标准矩形波导设于直段上，其内壁位于截止段与直段交接处。这样设置的目的是保证从截止段反射的电磁波与正向传播的电磁波实现同相叠加，从而获得最高的耦合效率。