一种回旋行波管放大器耦合输出结构制造技术

本发明专利技术一种回旋行波管放大器耦合输出结构，具有一输入端口；具有一输出端口：输出端口半径大于输入端口半径；在输入端口与输出端口之间级联有第一级渐变圆波导和第Ｎ级渐变圆波导。采用两段修正道尔夫－切比雪夫渐变圆波导级联，或者采用两段修正道尔夫－切比雪夫渐变圆波导中间级联一过渡圆波导。该耦合输出结构解决了已有技术的尺寸过大、输入端口反射系数不够低、杂模抑制能力不够强等问题。该耦合输出结构应用于回旋行波管放大器中取得了积极的效果，这对于发展我国应用于的远程雷达，电子信息对抗等方面的高功率微波源具有重要的实际工程意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微波
，它特别涉及高功率微波器件。技术背景我国在远程雷达的发展方面与国外差距很大，主要是没有合适的高 功率微波源，而目前国内研制的高功率微波源，其功率远不能满足超远 程雷达系统的需求，但是回旋行波管放大器是最有可能满足这种要求的 高功率微波源之一。回旋行波管放大器的耦合输出结构从根本上讲，就是一个圆波导渐 变结构，它的主要作用就是将半径较小的圆波导匹配到半径较大的圆波 导上。能够完成这个功能的渐变结构的渐变方法有很多种，直线渐变、 指数渐变和切比雪夫渐变等，多种方式。不同的渐变方式，在不同的应 用中具有不同的性能。在回旋行波管放大器的应用中，通常采用单段渐 变结构。在附图中，图1A、图1B、图1C和图1D示出了一种根据现有技术 的解决方案设计的回旋行波管放大器耦合输出结构，它采用单段修正道 尔夫——切比雪夫渐变圆波导参考文献 H. Flugel, E. Kuhn, "Computer-Aided Analysis and Design of Circular Waveguide Tapers". IEEE trans.， Microwave Theory and Techniques, vol. 36, no. 2， Feb. 1988， pp 332-336.。为了便于和本专利技术的实施方案比较，图1A、图1B、图 1C和图ID所例出现有技术解决方案与本专利技术的实施例具有相同的输入 端口半径和输出端半径，分别为5.82mm和20mm。图1A是单段修正道尔夫——切比雪夫渐变圆波导的半径随轴向位 置的变化图。图1D、图2D和图3D中的曲线所代表的意义分别是曲 线Sll表示耦合输出结构的输入端口 1反射系数；曲线S12表示耦合输入波导的工作主模TEll由输入端口 1到输出端口 2的传输曲线；曲线S121表示工作主模TE11从输入端口耦合到输出端口的第一杂模TM11 的传输曲线；曲线S122表示工作主模TE11从输入端口 1耦合到输出端 口 2的第二杂模TE31的传输曲线。图1C、图1D、图2C、图2D、图 3C和图3D采用有限元数值计算方法计算得到。从图1A可以看到在当前参数条件下，该耦合输出结构长度为 195.798mm;图1B是图1A所对应的耦合输出结构的剖面图；图1C是 图1B结构对应的驻波比图，其中在16GHz处的驻波比约为1.4，在大 于17.5GHz的频率范围内驻波比约为1.1以下；图1D是图1B结构对应 的杂模抑制情况，从图中可以看到，杂模抑制曲线S121和S122在高频 段17.5GHz以上处于-15dB至lj-20dB之间。这些都说明根据现有技术的 解决方案和基于当前结构参数而设计的耦合输出结构在结构尺寸、驻波 比和杂模抑制能力等方面都还不够理想。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术的单段修正道尔夫——切比雪夫渐 变圆波导结构的尺寸过大、输入端口反射系数不够低、杂模抑制能力不 够强等问题，为此，本专利技术提供一种回旋行波管放大器耦合输出结构。为了实现所述目的，本专利技术提供的多段级联式回旋行波管放大器耦 合输出结构的技术方案如下具有一输入端口；具有一输出端口输出端口半径大于输入端口半 径；在输入端口与输出端口之间级联有第一级渐变圆波导和第N级渐变 圆波导。根据本专利技术的实施例，所述第一级渐变圆波导和第N级渐变圆波导 采用修正道尔夫——切比雪夫渐变圆波导。根据本专利技术的实施例，采用二段波导级联，即第一级渐变圆波导与 第二级渐变圆波导级联；第一级渐变圆波导的一端为输入端口，第二级 渐变圆波导的一端为输出端口。根据本专利技术的实施例，所述第一级渐变圆波导和第二级渐变圆波导采用修正道尔夫——切比雪夫渐变圆波导。根据本专利技术的实施例，采用三段波导级联，即在第一级渐变圆波导 与第三级渐变圆波导之间级联有第二级过渡圆波导；第一级渐变圆波导 的一端为输入端口，第三级渐变圆波导的一端为输出端口。根据本专利技术的实施例，所述第一级渐变圆波导和第三级渐变圆波导 采用修正道尔夫——切比雪夫渐变圆波导，第二级过渡圆波导是一段圆 柱波导。根据本专利技术的实施例，所述第一级渐变圆波导的整体半径变化小于 第N级渐变圆波导的整体半径变化；第一级渐变圆波导的第一参考杂模 抑制度小于第N级渐变圆波导的第一参考杂模抑制度。本专利技术的积极效果本专利技术的多段级联式回旋行波管放大器耦合输 出结构解决了现有技术解决方案的单段修正道尔夫——切比雪夫渐变 圆波导结构的尺寸过大、输入端口反射系数不够低、杂模抑制能力不 够强等问题。在本专利技术实施例所述耦合输出结构工作频带靠近其输入端口的截止频率15.1GHz，其特点是工作频带内驻波比较低，杂模抑制能力高，结构紧凑，内壁光滑。将该耦合输出结构与现有技术在相同结构 参数的下设计的单段修正道尔夫——切比雪夫渐变圆波导结构相比，它 具有更好的传输性能，它具有更加紧凑的结构、更低的驻波比和更好的 杂模抑制能力，而且较好地满足回旋行波管放大器的整管组装要求。本专利技术应用于回旋行波管放大器这种高功率微波源，在雷达目标成 像、雷达反低空飞行目标、导弹防御和电子对抗等国防领域，以及深空 探测、遥感、气象和导航等民用领域都有很好的应用前景。附图说明图1A是现有技术的回旋行波管放大器耦合输出结构的半径随轴向 位置的变化；图1B是图1A结构所对应结构的剖面图；图1C是图1A结构所对应的驻波比；图1D是图1A结构所对应的杂模抑制情况；图2A是本专利技术实施例1的半径随轴向位置的变化；图2B是图2A实施方案所对应结构的剖面图；图2C是图2A实施方案所对应的驻波比；图2D是图2A实施方案所对应的杂模抑制情况；图3A是根据本专利技术的实施例2的半径随轴向位置的变化;图3B是图3A实施方案所对应结构的剖面图；图3C是图3A实施方案所对应的驻波比；图3D是图3A实施方案所对应的杂模抑制情况；具体实施方案为了帮助更好地理解本专利技术，下面将参考附图举例描述本专利技术的具 体实施方案，以下将结合附图具体阐述多段级联式回旋行波管放大器耦 合输出结构。回旋行波管放大器在毫米波段具有的高功率和宽带宽能力，使其成 为高功率微波源中倍受关注的一种相干辐射源，在雷达和通信系统中已 经得到广泛的应用。回旋行波管放大器的主互作用段采用的波导半径不 符合电子注热负荷需求或收集极电压限制，因此，需要用一段渐变波导 来连接互作用段和输出窗，也即耦合输出结构。回旋行波管放大器的耦 合输出结构能够将工作于靠近截止频率的主互作用波导中的高能微波 耦合到外部的微波功率传输系统。与此同时，耦合输出结构必须要有低 的驻波比和高的杂模抑制能力。回旋行波管放大器的工作特性对其耦合输出结构的设计提出以下 两点限制其一，结构上，高功率回旋行波管放大器的工作频率通常靠近其主互作用波导的截止频率，主互作用波导半径相对较小；为了传输 较高的功率，要求外部传输波导具有相对较大的半径。因此，耦合输出 结构的输出端圆波导半径通常比输入半径大2 3倍以上。耦合输出结 构的长度应该尽可能短，以减小对回旋管整管体积和工作磁场的要求。 耦合输出结构的内壁要光滑，以防止打火。要保证耦合输出结构的输出 和输入口的波导半径的变化梯度应该尽可能低，以免输出波导和外部系统连接时传输性能改变。其二，传输性能上，耦合输出结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回旋行波管放大器耦合输出结构，其特征在于，具有一输入端口；具有一输出端口：输出端口半径大于输入端口半径；在输入端口与输出端口之间级联有第一级渐变圆波导和第Ｎ级渐变圆波导。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜朝海，刘濮鲲，耿志辉，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]