一种新型超宽带带状注行波管慢波结构

本发明属于微波电子学及电真空，具体涉及一种新型超宽带带状注行波管慢波结构。

背景技术：

1、毫米波频段成为了下一代通信与军事领域的热门选择。电真空器件由于其出色的可靠性与大功率容量的特点，在毫米波频段具有重大研究意义。行波管作为电真空器件的一种，因其具有其他器件无法比拟的宽频带、小型化特点，特别适合于电子对抗、星载或机载通信、雷达等领域。最新的研究热门——带状注行波管相比于传统圆柱电子注拥有更大的电流与功率容量。因此，世界各国正争先研制高功率、高增益行波管来满足军事科研领域需求。考虑到毫米波及太赫兹频段加工与装配难度，矩形交错栅结构作为行波管慢波结构由于具有天然带状注通道特性，因此在带状注行波管的研究中独具功率优势。

2、然而随着技术进步，在高功率情况下对带宽要求越来越高。对传统交错栅慢波结构而言，由于其色散曲线覆盖的频率范围较小，其工作带宽存在一定的限制，无法满足现如今在超宽频带实现大功率工作的需求。

技术实现思路

1、为了解决上述传统的交错栅工作带宽不足的问题，本发明提出了一种新型超宽带带状注行波管慢波结构。该结构在原始的交错栅结构中引入了长方体间隙，通过调整修正间隙的宽度与高度，使更宽频带的空间谐波与电子注实现相速匹配，从而获得更宽的工作带宽。同时，与传统结构相比，该结构在同样频段下尺寸更小，节省了大量空间，利于行波管器件的小型化设计。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种新型超宽带带状注行波管慢波结构，包括壳体；所述壳体内腔上顶面和下底面各设有一排周期排列的矩形栅；上顶面的一排矩形栅与下底面的一排矩形栅交错半个周期，以形成交错双栅结构；上顶面的一排矩形栅和下底面的一排矩形栅互不接触，以形成电子通道；所述壳体上设有两个长方体间隙，两个长方体间隙分别位于电子通道长边的两端，并与电子通道连通。

4、进一步的，所述长方体间隙的高度vhx范围大于电子通道高度th，小于该慢波结构的高度(th+2×vh)。

5、进一步的，所述长方体间隙的宽度gap范围在电子通道宽度w的0.1到0.3倍之间，优选约为0.2倍的电子通道宽度w。

6、本发明在传统的交错双栅结构基础上，在壳体上增设两个长方体间隙，两个长方体间隙分别位于电子通道长边的两端，并与电子通道连通。通过增加的两个长方体间隙，改变了慢波结构中的电场分布，提高了高频处空间谐波的相速度，实现了空间谐波和电子注的宽带匹配。从耦合阻抗上分析表明，该结构在上边带频率拥有较低的耦合阻抗，有利于抑制上边带振荡。同时，本发明减小了慢波结构的宽度，使结构更紧凑。

7、与现有的交错双栅结构相比，本发明具有以下优点：

8、1、本发明的最大工作带宽相比于传统结构增量超过27％，非常适合大功率超宽带毫米波器件设计。

9、2、本发明的整体宽度相比于传统结构缩短了超过40％，减小了器件的体积，利于电真空器件的小型化。

10、3、本发明提出的一种新型超宽带带状注行波管慢波结构，从耦合阻抗特性分析表明，该结构可有效避免抑制上边振荡，从而充分保证工作带宽。

11、附图说明

12、图1为典型的交错双栅慢波结构示意图；

13、图2为本发明的一种新型超宽带带状注行波管慢波结构；

14、图3为该结构的平面示意图

15、图4为本发明与传统结构的性能对比示意图；

技术特征：

1.一种新型超宽带带状注行波管慢波结构，包括壳体，其特征在于：所述壳体内腔上顶面和下底面各设有一排呈周期排列矩形栅；上顶面的一排矩形栅与下底面的一排矩形栅交错半个周期，以形成交错双栅结构；上顶面的一排矩形栅和下底面的一排矩形栅互不接触，以形成电子通道；所述壳体上设有两个长方体间隙，两个长方体间隙分别位于电子通道长边的两端，并与电子通道连通。

2.如权利要求1所述的一种新型超宽带带状注行波管慢波结构，其特征在于：所述长方体间隙的高度vhx范围大于电子通道高度th，小于所述新型超宽带带状注行波管慢波结构的高度。

3.如权利要求1或2任一项所述的一种新型超宽带带状注行波管慢波结构，其特征在于：所述长方体间隙的宽度gap范围在电子通道宽度w的0.1到0.3倍之间。

技术总结
本发明公开了一种新型超宽带带状注行波管慢波结构，属于微波电子学及电真空技术领域。包括壳体，所述壳体上设有两个长方体间隙，两个长方体间隙分别位于电子通道长边的两端，并与电子通道连通。通过设置的两个长方体间隙，改变了慢波结构中的电场分布，提高了高频处空间谐波的相速度，实现了空间谐波和电子注的宽带匹配。通过调整长方体间隙的高度和宽度，改变了原始的色散特性，实现宽频带内空间谐波与电子束的相速匹配，实现远超传统交错栅结构的工作带宽。同时，在同样频段该结构的横向尺寸更小，从而可以设计体积更小的电真空器件。

技术研发人员：王建勋,代子豪,万易鑫,李鑫杰,蒋伟,刘国,李昊,罗勇
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14