专利名称：一种径向对数螺旋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，更为具体地讲，涉及行波管中的一种径向对数螺旋波导慢波线。
背景技术：
行波管作为微波频段应用最为广泛的电真空器件，在毫米波雷达、制导、通信、微波遥感、辐射测量等众多领域具有突出的应用地位。由于其无可替代的宽频带特点，也成为各领域装备中最重要的一种微波管。一支典型的行波管由电子枪、聚焦系统、慢波线(慢波结构)、输入输出装置和收集 极五部分组成。作为行波管的核心部件，慢波线的任务是传输高频电磁行波并使电磁波的相速降到同步速度，并实现电磁波对电子注的调制，从而使电子注交出直流能量放大高频场，它的性能优劣直接决定了行波管的工作带宽、输出功率和效率等。目前，常用的慢波线主要有螺旋线及其变形结构、耦合腔及其变形结构。其中，螺旋线类行波管具有很宽的带宽，可以达到几个倍频程，但是由于工艺问题，螺旋线主要用于Ka以下的频段，在高频端的应用受到很大限制；而耦合腔及其变形结构的梯形线具有很高的功率容量，可达数百瓦，并且可以应用于V及以上频段，但是带宽远不及螺旋线。在W及以上频段，耦合腔结构的另一种变形——曲折波导有着不错的表现，它因为加工方便，功率容量大而受到了广泛的关注，具有较好的应用前景。但是，对于常规行波管而言，随着工作频率的提高，慢波线的尺寸必须大幅减小，这会大幅缩减电子注通道的尺寸，而相应的电子枪就必须缩小，行波管的整体尺寸也因此减小，所以行波管自身体积不再是限制行波管应用的主要因素。相比之下，随工作频率升高而增大的工作电压对行波管应用范围的限制更为明显。螺旋线行波管在S波段时工作电压为4KV，而在Ka波段工作电压为18KV，耦合腔类行波管的工作电压也均为上万伏。如此高的电压需要庞大的电源来提供，这就对使用空间提出了严格的要求，这也是固态器件在低频段能取代真空器件的重要因素之一。因此，寻求低电压慢波线对降低行波管的成本、扩展行波管的应用领域有着极大的促进作用。对数螺旋慢波线是一种具有极低工作电压的慢波线，它的工作电压在百伏以内，对电源的需求极大降低。图1是现有技术微带型对数螺旋慢波线的平面示意图。图1中，a为螺旋微带线的起始半径，r为螺旋微带线上一点的半径^为螺旋微带线上点对应的相位，w为螺旋微带线的宽度。然而，已有的微带型对数螺旋慢波线工作频率较低，到目前为止，频率最高的仅在Ku波段。这是因为随着频率的增加，微带线的结构尺寸将变得很小，不仅对加工的工艺要求很高，也严重制约了行波管的功率容量。“径向对数螺旋波导慢波结构”是申请人之前提出的一种可以工作在W及以上波段的波导慢波线，如图2，它是由单根矩形波导2按对数螺旋线的方程沿宽边绕成，电子注通道5开在宽边的中心位置，I为阴极，3和4分别为输入和输出端口。该结构具有尺寸大，力口工简单等特点，并且是全金属结构，散热性能良好，可以承受大的工作电流，因而具有较高的功率容量。但是仍然存在需要改进的地方①、电子注通道位置的场较弱，限制了注-波互作用的效率，这种限制在径向束行波管中尤为显著；因为径向束行波管的电流是由位于中心的阴极向外发散，随着半径的增大，电流密度会很快减小，导致电子注的群聚减弱，从而影响注-波互作用，②、径向对数螺旋波导慢波结构的带宽也需要进一步拓展。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种径向对数螺旋波导慢波线，在降低高频段行波管的工作电压的同时，增强径向束行波管的注-波互作用强度，拓展其带宽，从而使行波管具有更低的成本和更宽的应用领域。为实现上述实用新型目的，本实用新型径向对数螺旋波导慢波线，其特征在于，包括一根双脊波导，该双脊波导在宽边方向上，按照平面对数螺旋线旋转，其内端口为电磁波输入端口，外端口为电磁波输出端口 ； 在双脊波导脊的中心位置挖出一个圆盘形通道，作为电子注传输及进行注-波互作用的通道。在具体实施过程中，将所述的径向对数螺旋波导慢波线分成四部分来加工，在上下两块金属板内侧分别按顺时针、逆时针径向对数螺旋开相同深度和宽度的矩形槽，槽的深度均小于整块金属板的厚度，作为螺旋波导；在所述的上金属板下方有一金属板，在该金属板上贯穿地按径向对数螺旋开矩形口，所开矩形口的宽度小于上下金属板所开矩形槽的宽度，并且所开矩形口的径向对数螺旋中心线与上金属板所开矩形槽的径向对数螺旋中心线对齐；该金属板与上金属板按矩形口和矩形槽的径向对数螺旋中心线对正压紧；在所述的下金属板上方有另一金属板，在该金属板上贯穿地按径向对数螺旋开矩形口，所开矩形口的宽度小于上下金属板所开矩形槽的宽度，并且所开矩形口的径向对数螺旋中心线与下金属板所开矩形槽的径向对数螺旋中心线对齐；该金属板与下金属板按矩形口和矩形槽的径向对数螺旋中心线对正压紧；在上金属板下方压紧的金属板与在下金属板上方压紧的金属板上所开的矩形口深度相同，且上金属板下方压紧的金属板与在下金属板上方压紧的金属板之间有一定间距，作为电子注传输及进行注-波互作用的通道。本实用新型的发明目的是这样实现的本实用新型径向对数螺旋波导慢波线，包括一根双脊波导，该双脊波导在宽边方向上，按照平面对数螺旋线旋转，其内端口为电磁波输入端口，外端口为电磁波输出端口 ；在双脊波导脊的中心位置挖出一个圆盘形通道，作为电子注传输及进行注-波互作用的通道。与现有的径向对数螺旋波导慢波线相比，由于双脊波导仅在电子注通道处宽度变窄，这样可以在保证所传播电磁波的模式不变的情况下使径向电场在通道口处更加集中，从而大幅提高注-波互作用的强度；同时，由于双脊波导本身具有比常规矩形波导宽的多的基模带宽，而径向对数螺旋慢波线的工作带宽主要取决于慢波线的类型，所以本实用新型径向对数螺旋波导慢波线的工作带宽也比现有技术的径向对数螺旋波导慢波线的工作带宽宽的多，并且端口阻抗匹配更容易。
图1是现有技术微带型对数螺旋慢波线的平面示意图；图2是现有技术径向对数螺旋波导慢波线的结构示意图；图3是本实用新型径向对数螺旋波导慢波线结构示意图；图4是图3所示的径向对数螺旋波导慢波线的剖视图；图5是本实用新型径向对数螺旋波导慢波线的径向归一化相速曲线；图6是本实用新型径向对数螺旋波导慢波线与现有技术径向对数螺旋波导慢波线电场幅值对比图；图7是径向对数螺旋波导慢波线采用圆形径向电子光学系统示意图；图8是本实用新型径向对数螺旋波导慢波线的加工示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本实用新型。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本实用新型的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。图3是本实用新型径向对数螺旋波导慢波线结构示意图。如图3所示，径向对数螺旋波导慢波线是一种沿径向方向的准周期结构，由一根双脊波导6在宽边方向上，按照平面对数螺旋线旋转得到，其内端口 3为电磁波输入端口，外端口 4为电磁波输出端口 ；在双脊波导6脊的中心位置挖出一个圆盘形通道即电子注通道5，作为电子注传输及进行注-波互作用的通道。与现有的径向对数螺旋波导慢波线相比，由于双脊波导6仅在电子注通道5处宽度变窄，这样可以在保证所传播电磁波的模式不变的情况下使径向电场在通道口处更加集中，从而大幅提高注-波互作用的强度；同时，由于双脊波导本身具有比常规矩形波导宽的多的基模的带宽，而径向对数螺旋慢波线的工作带宽主要取决于慢波线的类型，所以本实用新型径向对数螺旋波导慢波线的工作带宽也比现有技术的径向对数螺旋波导慢波线的工作带宽宽的多，并且端口阻抗匹配更容易。径向对数螺旋波导慢波线的尺寸参数如图4所示，a为双脊波导6的起始半径，h为双脊波导的高度，w为双脊波导的宽度，w2为双脊波导中双脊之间的距离，d为双脊波导中双脊的厚度，t为电子注通道的高度。双脊波导中螺旋波导A和A’部分满足对数螺旋线方程
r1=aebθ[0033]
r2 = aev+w其中，rl和r2分别是螺旋波导A和A’的内外壁半径，a是内壁的初始半径，b是决定相邻两圈螺旋波导间距的常数即螺距系数4为螺旋波导壁上点对应的相位，w为螺旋波导的宽度。由径向对数螺旋波导的方程可以得出，电磁波在径向对数螺旋波导慢波线中传输时的径向速度 ' 与线向速度V1满足如下关系
权利要求1. 一种径向对数螺旋波导慢波线，其特征在于，包括一根双脊波导，该双脊波导在宽边方向上，按照平面对数螺旋线旋转，其内端口为电磁波输入端口，外端口为电磁波输出端Π ； 在双脊波导脊的中心位置挖出一个圆盘形通道，作为电子注传输及进行注-波互作用的通道。
专利摘要本实用新型公开了一种径向对数螺旋波导慢波线，包括一根双脊波导，该双脊波导在宽边方向上，按照平面对数螺旋线旋转，其内端口为电磁波输入端口，外端口为电磁波输出端口；在双脊波导脊的中心位置挖出一个圆盘形通道，作为电子注传输及进行注-波互作用的通道。由于双脊波导仅在电子注通道处宽度变窄，在保证所传播电磁波的模式不变的情况下使径向电场在通道口处更加集中，电子注通道中心处的电场比现有技术的径向对数螺旋波导慢波线在相同位置处电场高约60%，从而大幅提高注-波互作用的强度；同时，由于双脊波导本身具有比常规矩形波导宽的多的基模的带宽，也比现有技术的径向对数螺旋波导慢波线的工作带宽宽的多，并且端口阻抗匹配更容易。
文档编号H01J23/26GK202855701SQ20122054839
公开日2013年4月3日 申请日期2012年10月24日 优先权日2012年10月24日
发明者王少萌, 宫玉彬, 侯艳, 魏彦玉, 段兆云 申请人:电子科技大学