一种太赫兹波段组合色散慢波结构

本发明属于真空电子器件，更为具体地讲，涉及一种太赫兹波段组合色散慢波结构，可用于行波管、返波管、扩展互作用速调管以及混合互作用放大器与振荡器。

背景技术：

1、慢波结构是真空电子器件的核心，而真空电子器件在卫星通信、雷达、等离子体诊断等众多领域具有非常广泛的应用。在太赫兹频段，慢波结构的调制能力会随着频率的升高而下降，且金属损耗急剧上升。工作在行波区的慢波结构，为获得足够的输出功率和增益，往往需要大量的周期数，导致互作用距离很长，不过行波区的带宽很宽；工作在驻波区的慢波结构，具有很强的单周期调制能力，但当周期数增多时，容易产生模式竞争和振荡，且驻波区的带宽很窄。对于单一色散特性的均匀周期慢波结构，难以满足真空器件在太赫兹频段的应用要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决单一色散特性慢波结构在太赫兹频段，调制能力差和带宽窄的问题，提供一种太赫兹波段组合色散慢波结构，将驻波与行波色散进行分段组合，从而获得一种具有人造色散特性的结构，实现提高慢波结构的调制能力和带宽的目的。

2、为实现上述发明目的，本发明太赫兹波段组合色散慢波结构，其特征在于，包括：

3、多个具有不同色散特性的分段构成的组合结构，每个分段均由多个单周期结构组成；

4、所述单周期结构包括一个矩形耦合腔、矩形电子注通道、光栅间隙和调谐间隙，矩形耦合腔的z向中心位置，沿y向与光栅间隙连接，使光栅间隙的能量在矩形耦合腔里面耦合，然后调谐间隙与光栅间隙沿y向相连，调谐间隙与光栅间隙具有相同的x向高度和z向宽度，调谐间隙的y向长度用于调整单周期结构的色散特性，矩形电子注通道沿z向穿过光栅间隙中心，供圆形电子注或带状电子注流通，矩形耦合腔与矩形电子注通道在z向宽度相等，且在y向对齐，调谐间隙、光栅间隙与矩形耦合腔具有相同的x向高度，调谐间隙、光栅间隙两侧为矩形光栅，矩形光栅在z向宽度与调谐间隙、光栅间隙在z向宽度相加等于矩形耦合腔在z向宽度，且中心为矩形电子注通道沿z向穿过；

5、每个分段的多个单周期结构在z向对齐放置，构成该分段，这样形成一个连通的矩形耦合腔以及一个连通矩形电子注通道，每个分段中调谐间隙的y向长度不相同，色散特性使其具有驻波或行波色散特性；

6、对于多个分段，则在z向以矩形电子注通道中心进行对齐放置，构成组合所述的组合结构，这样形成一个完整的连通矩形耦合腔以及一个完整的连通矩形电子注通道，并且分段色散特性为驻波、行波色散特性交替；

7、两个耦合孔，分别位于组合结构两端的矩形耦合腔外侧，两个耦合孔的形状均为矩形体，两个耦合孔与矩形耦合腔在y向具有相同的深度，一个耦合孔在y向反方向端口与输入标准矩形波导连接，另一个耦合孔在y向反方向端口与输出标准矩形波导连接，输入输出标准波导分别关于各自对应耦合孔中心对称，使信号能量能有效输入输出，通过调整耦合孔的y向长度和z向宽度，可使整个慢波结构获得良好的传输匹配效果。

8、本发明的目的是这样实现的。

9、本发明太赫兹波段组合色散慢波结构的两端分别为输入输出标准波导，在两个标准波导之间，将具有不同色散特性的单周期结构进行分段组合，每个单周期结构均由一个耦合腔、一个电子注通道、一个光栅间隙和一个调谐间隙组成；通过控制调谐间隙的尺寸，可以控制单周期结构的色散特性；将具有相同色散特性的单周期结构组成一段，每一段具有一定的周期数；再将不同色散段进行组合，构成组合色散慢波结构，其输入输出段由耦合孔过渡到标准波导。这种组合色散慢波结构，可以实现均匀周期结构所不具有的人造色散特性，通过将具有驻波色散和行波色散的单周期结构进行分段组合，从而使慢波器件获得更优的调制能力和带宽。该结构具有多样化的人造色散特性，在太赫兹真空源领域具有重要的应用价值。

技术特征：

1.一种太赫兹波段组合色散慢波结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的太赫兹波段组合色散慢波结构，其特征在于，所述多段为三段，第一段和第三段的单周期结构具有拟行波色散，第二段的单周期结构具有拟驻波色散。

技术总结
本发明公开了一种太赫兹波段组合色散慢波结构，其两端分别为输入输出标准波导，在两个标准波导之间，将具有不同色散特性的单周期结构进行分段组合，每个单周期结构均由一个耦合腔、一个电子注通道、一个光栅间隙和一个调谐间隙组成；通过控制调谐间隙的尺寸，可以控制单周期结构的色散特性；将具有相同色散特性的单周期结构组成一段，每一段具有一定的周期数；再将不同色散段进行组合，构成组合色散慢波结构，其输入输出段由耦合孔过渡到标准波导。这种组合色散慢波结构，可以实现均匀周期结构所不具有的人造色散特性，通过将具有驻波色散和行波色散的单周期结构进行分段组合，从而使慢波器件获得更优的调制能力和带宽。该结构具有多样化的人造色散特性，在太赫兹真空源领域具有重要的应用价值。

技术研发人员：董洋,郭靖宇,郑源,王少萌,王宇欣,汪雨馨,杨友峰,张平,王战亮,路志刚,宫玉彬
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：2024/1/13