一种非半圆双耳形折叠波导慢波结构制造技术

本发明专利技术公开一种非半圆双耳形折叠波导慢波结构，包括有彼此交错分布的多个栅体、以及由各栅体限定的包括直波导段和弯曲波导连接段的多个几何周期性结构的折叠波导，所述慢波结构的中轴线位置处包括有电子注通道；所述弯曲波导连接段包括外弧边界C

A non semicircle double ear folded waveguide slow wave structure

【技术实现步骤摘要】
一种非半圆双耳形折叠波导慢波结构
本专利技术涉及微波真空电子
更具体地，涉及一种非半圆双耳形折叠波导慢波结构。
技术介绍
慢波结构互作用电路为微波真空电子器件的核心部分，降低在其中传输电磁波的相速度与电子注相速同步，实现电子注与微波能量交换。在短毫米波及太赫兹频段，全金属慢波结构折叠波导具有机械强度高、散热好、功率容量大、频带宽、易于加工以及输能耦合结构相对简单等优点，特别是折叠波导慢波结构是简单的二维结构，与微加工技术相兼容，因此，折叠波导慢波结构被广泛应用与研究。如附图1所示，现有半圆形折叠波导慢波结构是将折叠波导中矩形波导连接段的外边界沿电场面弯曲，组成一系列直波导段和半圆形弯曲波导连接段的几何周期结构，电子注通道为圆柱形结构，位于半圆形折叠波导慢波结构的纵向中轴线上，其中直波导段的宽边长度和窄边长度分别用a和b表示，慢波结构的几何周期为2p，直波导段的长度为h，电子注通道的半径为rc。图2为单周期半圆形折叠波导慢波结构的剖面图，为了减小行波反射，波导横截面尺寸通常不发生突变，半圆形弯曲波导连接段的内外边界都为半圆弧形，内外边界的两个半圆弧圆心点位置重合且半径差值与直波导段的窄边长度一致均为b，即起止点切线均与对应的直波导段壁重合。在短毫米及太赫兹频段，常规半圆形折叠波导慢波结构的耦合阻抗较低，电子注与电磁波互作用效率低，高频损耗大，这将会降低器件的增益、功率及效率等技术指标，在一定程度上限制了这类慢波结构发挥最大性能。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的至少一个目的在于提供一种非半圆双耳形折叠波导慢波结构。以改变现有半圆形折叠波导内部场强分布，提升慢波结构的耦合阻抗幅值，实现器件功率和效率有效提升。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种非半圆双耳形折叠波导慢波结构，其特征在于，所述慢波结构包括有彼此交错分布的多个栅体、以及由各栅体限定的包括直波导段和弯曲波导连接段的多个几何周期性结构的折叠波导，所述慢波结构的中轴线位置处包括有电子注通道；所述弯曲波导连接段包括外弧边界Cout1的第一弧形段和外弧边界Cout2的第二弧形段；所述外弧边界Cout1和外弧边界Cout2为由呈半圆弧形弯曲波导连接段外弧边界以对应的栅体中心线为中线向两侧隆起形成。此外，优选地方案是，所述第一弧形段的外弧边界Cout1与第二弧形段外弧边界Cout2相对于所对应的栅体中心线呈对称设置。此外，优选地方案是，所述第一弧形段外弧边界Cout1的圆心Oout1位于由呈半圆形弯曲波导连接段外弧边界所对应的圆心向上垂直偏移Yout距离后再向左水平偏移Xout距离的位置；第二弧形段外弧边界Cout2的圆心Oout2位于由呈半圆形弯曲波导连接段外弧边界所对应的圆心向上垂直偏移Yout距离后再向右水平偏移Xout距离的位置。此外，优选地方案是，定义，直波导段的窄边长度为b，慢波结构的几何周期长度为2p；所述第一弧形段外弧边界Cout1对应的半径Rout1的长度以及所述第二弧形段外弧边界Cout2对应的半径Rout2的长度均为：此外，优选地方案是，所述第一弧形段外弧边界Cout1的靠近第二弧形段的一端起止点位于所对应的栅体中心线上，另一端起止点与对应的直波导段边壁起止点重合；所述第二弧形段外弧边界Cout2的靠近第一弧形段的一端起止点位于所对应的栅体中心线上，另一端起止点与对应的直波导段边壁起止点重合。此外，优选地方案是，所述第一弧形段包括内弧边界Cin1，所述第二弧形段包括内弧边界Cin2；所述内弧边界Cin1和内弧边界Cin2为由呈半圆弧形弯曲波导连接段内弧边界在对应的栅体中心线的位置向电子注通道的方向隆起形成。此外，优选地方案是，所述第一弧形段的内弧边界Cin1与第二弧形段内弧边界Cin2相对于所对应的栅体中心线呈对称设置。此外，优选地方案是，所述第一弧形段内弧边界Cin1的圆心Oin1位于由呈半圆形弯曲波导连接段内弧边界所对应的圆心向下垂直偏移Yin距离后再向左水平偏移Xin距离的位置；第二弧形段内弧边界Cin2的圆心Oin2位于由呈半圆形弯曲波导连接段内弧边界所对应的圆心向下垂直偏移Yin距离后再向左水平偏移Xin距离的位置。此外，优选地方案是，定义，直波导段的窄边长度为b，慢波结构的几何周期长度为2p；所述第一弧形段内弧边界Cin1对应的半径Rin1的长度以及所述第二弧形段内弧边界Cin2对应的半径Rin2的长度均为：此外，优选地方案是，所述第一弧形段内弧边界Cin1的靠近第二弧形段的一端起止点位于所对应的栅体中心线上，另一端起止点与对应的直波导段边壁起止点重合；所述第二弧形段内弧边界Cin1的靠近第一弧形段的一端起止点位于所对应的栅体中心线上，另一端起止点与对应的直波导段边壁起止点重合。本专利技术的有益效果如下：1、首先与传统的半圆形折叠波导慢波结构相比较，本专利技术提供的非半圆双耳形折叠波导慢波结构通过对波导连接段外弧边界结构样式的改进，减小了慢波结构的带内相光速，增大了波导连接段的内腔体积，改变了折叠波导内部的场强分布，有效增加了慢波结构的耦合阻抗幅值，实现器件功率和效率有效提升。此外，本专利技术还通过结合利用对波导连接段内弧边界结构样式的改进，在慢波结构带内相光速比幅值变化不大的情况下，使得慢波结构轴向耦合阻抗得到整体提高，在85GHz-100GHz频带内，轴向耦合阻抗可提高40％以上，在100GHz-110GHz频带内，轴向耦合阻抗可提高50％以上。2、与现有的外边界为优弧结构的折叠波导慢波结构相比较，本专利技术提供的非半圆双耳形折叠波导慢波结构可有效减小折叠波导纵向边界尺寸(即在直波导段长度方向上的边界尺寸)，在不减小波导连接段的内腔体积的情况下，充分利用折叠波导轴向方向上相邻两几何周期直波导段之间的空间，改变折叠波导内部的场强分布，增加慢波结构的耦合阻抗幅值，实现器件功率和效率有效提升。此外，本专利技术还通过结合利用对波导连接段内弧边界结构样式的改进，相较于内边界为劣弧结构折叠波导慢波结构，使得波导连接段的内腔体积得到进一步增大，为改变折叠波导内部的场强分布，增加慢波结构的耦合阻抗幅值，实现器件功率和效率有效提升提供了更多选择空间。3、本专利技术在毫米波及太赫兹波段的轴向耦合阻抗得到明显提升，耦合阻抗直接影响电子束与电磁波的互作用效率，因此，采用本专利技术提供的折叠波导慢波结构可以有效地提升器件的增益、效率等性能。4、另外，相比于传统的半圆形折叠波导慢波结构，本专利技术提供的慢波结构的第一止带宽度从4.5GHz增加到13.5GHz，能够更容易实现无带边振荡的设计。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1示出现有半圆形折叠波导慢波结构的结构示意图。图2示出现有的单周期半圆形折叠波导慢波结构的结构图。图3示出本专利技术所提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非半圆双耳形折叠波导慢波结构，其特征在于，所述慢波结构包括有彼此交错分布的多个栅体、以及由各栅体限定的包括直波导段和弯曲波导连接段的多个几何周期性结构的折叠波导，所述慢波结构的中轴线位置处包括有电子注通道；/n所述弯曲波导连接段包括外弧边界C

【技术特征摘要】
1.一种非半圆双耳形折叠波导慢波结构，其特征在于，所述慢波结构包括有彼此交错分布的多个栅体、以及由各栅体限定的包括直波导段和弯曲波导连接段的多个几何周期性结构的折叠波导，所述慢波结构的中轴线位置处包括有电子注通道；
所述弯曲波导连接段包括外弧边界Cout1的第一弧形段和外弧边界Cout2的第二弧形段；
所述外弧边界Cout1和外弧边界Cout2为由呈半圆弧形弯曲波导连接段外弧边界以对应的栅体中心线为中线向两侧隆起形成。


2.根据权利要求1所述的慢波结构，其特征在于，所述第一弧形段的外弧边界Cout1与第二弧形段外弧边界Cout2相对于所对应的栅体中心线呈对称设置。


3.根据权利要求1所述的慢波结构，其特征在于，所述第一弧形段外弧边界Cout1的圆心Oout1位于由呈半圆形弯曲波导连接段外弧边界所对应的圆心向上垂直偏移Yout距离后再向左水平偏移Xout距离的位置；
第二弧形段外弧边界Cout2的圆心Oout2位于由呈半圆形弯曲波导连接段外弧边界所对应的圆心向上垂直偏移Yout距离后再向右水平偏移Xout距离的位置。


4.根据权利要求1所述的慢波结构，其特征在于，
定义，直波导段的窄边长度为b，慢波结构的几何周期长度为2p；
所述第一弧形段外弧边界Cout1对应的半径Rout1的长度以及所述第二弧形段外弧边界Cout2对应的半径Rout2的长度均为：


5.根据权利要求1所述的慢波结构，其特征在于，所述第一弧形段外弧边界Cout1的靠近第二弧形段的一端起止点位于所对应的栅体中心线上，另一端起止点与对应的直波导段边壁起止点重合；
所述第二弧形段外弧边界Cout2的靠...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小青，蔡军，冯进军，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十二研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11