专利名称：曲折加脊矩形槽波导慢波线的制作方法
技术领域：
本实用新型属于微波真空电子器件技术领域，具体涉及行波管的注-波互作用器件一慢波线。
背景技术：
行波管在军用和民用雷达、通信、电子对抗等众多领域具有突出的应用地位，而慢波结构(慢波线)则是行波管中对性能起决定性影响的关键部件。目前行波管在输出功率和工作带宽上存在严重的矛盾，螺旋线及其变形一类慢波线行波管具有很宽的带宽，但输出功率受散热条件限制而相对较小；而耦合腔、梯形线类慢波线行波管由于是全金属结构， 功率容量一般可比螺旋线类行波管高一个数量级以上，但其相对带宽却只有10%左右，远比螺旋线窄。因此寻找既具有大的功率容量，又具有比耦合腔慢波线带宽更宽的新型慢波线成为各国学者努力的方向。矩形槽波导，可以看成是由矩形波导沿宽边(E面)中心对称面剖开，各取其一半作为槽波导上、下金属板上的槽的形状在分别在上、下金属板上开槽，并使上、下金属板间隔一定距离而形成。矩形槽波导由于上、下金属板之间的间隔形成的电子注通道允许通过大尺寸电子注，包括带状电子注，使得行波管工作电流显著增加，因此用它制作的行波管功率容量大，工作带宽比耦合腔行波管宽；同时矩形槽波导克服了普通矩形波导在尺寸和损耗方面的不足，具有尺寸大、损耗小，单模工作频率范围宽等优点，因而特别适合在毫米波、 亚毫米波波段应用。将矩形槽波导顺槽的纵向进行周期性来回折弯，就形成曲折矩形槽波导慢波线， 如图1所示，它同样具有槽波导的上述优点；同时由于曲折矩形槽波导慢波线的注-波互作用通道被加工成曲折形状，使得同样性能要求下慢波线整体体积大大缩小。即便是曲折矩形槽波导慢波线相比普通矩形波导慢波线、曲折矩形波导慢波线、 甚至是矩形槽波导慢波线均具有优势，但在信号频率进一步提高，尤其是进入亚毫米波、甚至是太赫兹波段后，曲折矩形槽波导慢波线仍然面临器件尺寸、加工精度等方面的极限挑战。因此，在现有曲折矩形槽波导慢波线器件尺寸条件下，如何进一步提高行波管的工作带宽，如何进一步提高行波管的增益和效率，成为有待解决的技术问题。
发明内容本实用新型提供一种曲折加脊矩形槽波导慢波线，在相同的尺寸条件下相比现有的曲折槽波导慢波线具有更宽的工作带宽、更高的耦合阻抗，从而更有利于行波管带宽的增加、增益和效率的提高。本实用新型技术方案如下曲折加脊矩形槽波导慢波线，如图2、3所示，包括相互平行的上金属板3和下金属板4，上、下金属板之间通过位于上、下金属板长边边缘位置的侧壁7支撑并固定在一起。所述两块金属板上均具有曲折槽，所述曲折槽的截面形状与矩形单脊波导或矩形双脊波导的截面沿波导宽边(E面)中心线剖开后的半截面形状(分别如图3、4所示)相同，所述曲折槽由系列弯曲槽部分(图2中标记5或图3中标记8所示)和直槽部分(图2和图3中标记6所示)交替首尾连接而成，且上、下金属板的曲折槽相对于上、下金属板之间的中心平面呈镜面对称。上述技术方案中，所述曲折槽的弯曲槽部分可以是U形弯曲槽(图2中标记5所示)或是直角弯曲槽(图3中标记8所示)；所述侧壁7材料为金属材料、绝缘材料或者微波吸收材料。本实用新型提供的曲折加脊矩形槽波导慢波线，相当于在现有的曲折矩形槽波导慢波线的曲折矩形槽中沿波导宽边(E面)加载矩形单脊或双脊而成，也相当于将矩形单脊波导或双脊波导沿波导宽边(E面)中心对称面剖开，各取其一半作为槽波导上、下金属板上的槽的形状构成单脊波导形槽波导或双脊波导形槽波导，然后顺槽的纵向对脊波导形槽波导进行周期性来回折弯，从而形成曲折加脊矩形槽波导慢波线。由于槽波导上、下金属板3和4之间本身存在有间隔，形成自然的电子注通道，因此曲折加脊矩形槽波导慢波线无需再专门加工电子注通道。矩形脊波导具有比普通矩形波导宽得多的工作频率范围。普通标准矩形波导的工作频率范围只有1.5 1(最高工作频率与最低工作频率的比值)，而矩形脊波导，不论是矩形单脊波导还是矩形双脊波导，工作频率范围可以达到3. 6 1，是普通矩形波导的一倍多。另一方面，由于脊波导中脊的存在，使波导中的基模电场在脊所在位置得到压缩，电场更为集中，电场强度得到大大增强，因此，如果让电子注在脊的中心位置通过，就可以使电子注与场发生更为强烈的相互作用，这就意味着提高了耦合阻抗。因此，本实用新型将曲折矩形槽波导的曲折槽的截面形状由矩形改成加脊矩形，能够使慢波线的工作带宽进一步拓宽，耦合阻抗得到显著提高，从而更有利于行波管带宽的增加，增益和效率的提高。本实用新型提供的曲折加脊矩形槽波导慢波线既具有曲折槽波导慢波线的优越性，又具有脊波导的优点，因此，是一种功率容量更大，工作带宽更宽的新型慢波线，在相同的尺寸条件下相比现有的曲折槽波导慢波线具有更宽的工作带宽、更高的耦合阻抗，从而更有利于行波管带宽的增加、增益和效率的提高。本实用新型可以在一定程度上克服行波管功率与带宽之间的矛盾，特别适合在更高频率波段(亚毫米波段、甚至是太赫兹波段)行波管中应用。
图1是曲折矩形槽波导慢波线结构示意图。图2是本实用新型提供的曲折加脊矩形槽波导慢波线结构示意图之一。图3是本实用新型提供的曲折加脊矩形槽波导慢波线结构示意图之二。图4是矩形单脊波导截面示意图。图5是矩形双脊波导截面示意图。图6是实际加工的曲折矩形槽波导慢波线中的一个金属板结构示意图，另一个金属板与它完全对称。图1至图6中，3是上金属板，4是下金属板，5是U形弯曲槽，6是曲折槽的直槽部分，7是侧壁，8是直角弯曲槽。
具体实施方式
曲折加脊矩形槽波导慢波线，如图2、3所示，包括相互平行的上金属板3和下金属板4，上、下金属板之间通过位于上、下金属板长边边缘位置的侧壁7支撑并固定在一起。所述两块金属板上均具有曲折槽，所述曲折槽的截面形状与矩形单脊波导或矩形双脊波导的截面沿波导宽边(E面)中心线剖开后的半截面形状(分别如图3、4所示)相同，所述曲折槽由系列弯曲槽部分(图2中标记5或图3中标记8所示)和直槽部分(图2和图3中标记6所示)交替首尾连接而成，且上、下金属板的曲折槽相对于上、下金属板之间的中心平面呈镜面对称。图6给出了一种实际加工的曲折矩形槽波导慢波线中的一个金属板结构示意图， 该图所示为下金属板4结构，上金属板与它完全对称，两块金属板相向合起来并加上侧壁7 就构成完整的曲折加脊矩形槽波导慢波线；其中曲折槽的弯曲槽部分为U形弯曲槽。实际加工时，槽是在具有一定厚度的金属板上挖出来的，因此整体性好，散热强，又有足够的强度。支撑并固定上、下金属板的侧壁7采用氧化铍陶瓷或氧化铍衰减瓷，与上、下金属板焊接在一起。
权利要求1.曲折加脊矩形槽波导慢波线，包括相互平行的上金属板( 和下金属板G)，上、下金属板之间通过位于上、下金属板长边边缘位置的侧壁(7)支撑并固定在一起；其特征在于，所述两块金属板上均具有曲折槽，所述曲折槽的截面形状与矩形单脊波导或矩形双脊波导的截面沿波导宽边中心线剖开后的半截面形状相同，所述曲折槽由系列弯曲槽部分和直槽部分交替首尾连接而成，且上、下金属板的曲折槽相对于上、下金属板之间的中心平面呈镜面对称。
2.根据权利要求1所述的曲折加脊矩形槽波导慢波线，其特征在于，所述曲折槽的弯曲槽部分为U形弯曲槽(5)。
3.根据权利要求1所述的曲折加脊矩形槽波导慢波线，其特征在于，所述曲折槽的弯曲槽部分为直角弯曲槽(8)。
4.根据权利要求1、2或3所述的曲折加脊矩形槽波导慢波线，其特征在于，所述侧壁 (7)材料为金属材料、绝缘材料或者微波吸收材料。
专利摘要曲折加脊矩形槽波导慢波线，属于微波真空电子器件领域。包括相互平行的两块金属板，上、下金属板之间由侧壁支撑并固定在一起；两块金属板上均具有曲折槽，曲折槽的截面形状与矩形单脊波导或矩形双脊波导的截面沿波导宽边中心线剖开后的半截面形状相同，曲折槽由系列弯曲槽部分和直槽部分交替首尾连接而成，且上、下金属板的曲折槽相对于上、下金属板之间的中心平面呈镜面对称。本实用新型提供的曲折加脊矩形槽波导慢波线既具有曲折槽波导慢波线的优越性，又具有脊波导的优点，因此，是一种功率容量更大，工作带宽更宽的慢波线，在相同的尺寸下相比现有的曲折槽波导慢波线具有更宽的工作带宽、更高的耦合阻抗，从而更有利于行波管带宽的增加、增益和效率的提高。
文档编号H01J23/24GK202167447SQ20112029094
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月11日 优先权日2011年8月11日
发明者唐涛, 宫玉彬, 岳玲娜, 徐进, 王文祥, 赵国庆, 魏彦玉 申请人:电子科技大学