一種平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，在正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)貕嚎s窄邊尺寸b，壓縮的大小等于上下正弦線周期性帶狀起伏被削頂?shù)母叨?，使得尺寸參?shù)滿足：b<hb+2h，其中hb為帶狀電子注通道的高度，h為正弦線周期性帶狀起伏的高度。經(jīng)測試，本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)具有更高的耦合阻抗值，同時(shí)色散特性得到了改善，這樣克服了傳統(tǒng)的耦合阻抗提高，而色散特性降低的缺陷，意味著電子注與電磁波的互作用能力增加，進(jìn)而提高行波管的輸出功率、增益和互作用效率。
【專利說明】
一種平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于真空電子技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，適用于毫米波、太赫茲波段真空電子器件。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲波是頻率介于微波和紅外波段之間的電磁波，其在高速率空間通信、超高分辨率武器制導(dǎo)、醫(yī)學(xué)成像、物質(zhì)太赫茲光譜特征分析、安全檢查、材料檢測等等領(lǐng)域有著重要的研究價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。真空電子器件是能夠?qū)崿F(xiàn)大功率太赫茲波輻射源的一種很有潛力的器件。行波管是在真空電子器件中應(yīng)用比較廣泛的一類毫米波、太赫茲輻射源，它具有大功率、高效率、高增益、寬頻帶和長壽命等特點(diǎn)。慢波結(jié)構(gòu)作為行波管的核心部件，直接決定了行波管的器件性能。
[0003]目前，在太赫茲波段行波管中主要研究的慢波結(jié)構(gòu)主要有折疊波導(dǎo)、矩形交錯(cuò)雙柵、雙排矩形柵齒等結(jié)構(gòu)。由于在太赫茲波段的工作波長很短、慢波結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸較小，因此加工難度大、加工精度低，使得高頻系統(tǒng)的反射大、損耗大。在“適用于0.22THz行波管的正弦波導(dǎo)”(《電子器件快報(bào)》2011年，32卷，8號(hào)，1152-1154頁，作者:許雄，魏彥玉等)一文中研究了一種正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)(如圖1所示)及與之匹配的一種均勻漸變的信號(hào)輸入、輸出耦合器，基于這種簡潔、均勻的漸變輸入、輸出耦合器，正弦波導(dǎo)高頻系統(tǒng)具有很小的反射、很低的傳輸損耗。然而，這種結(jié)構(gòu)在電磁波傳輸方向上的電場強(qiáng)度相對較弱，因而其親合阻抗較小，從而導(dǎo)致正弦波導(dǎo)行波管的輸出功率、互作用效率較小、增益較低和飽和互作用長度較長等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中正弦波導(dǎo)耦合阻抗小，提出一種平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，以提高其耦合阻抗，改善色散特性，進(jìn)而提高行波管的輸出功率、增益和互作用效率。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，包括:
[0006]—正弦波導(dǎo)，其寬邊長度為a，窄邊長度為b，縱向(傳輸方向)上下為以寬邊為中心進(jìn)行起伏的正弦線周期性帶狀起伏，正弦線周期性帶狀起伏的高度為h，正弦線周期性帶狀起伏的周期長度為P，正弦線周期性帶狀起伏的寬度為a;
[0007]上下正弦線周期性帶狀起伏之間為帶狀電子注通道，該帶狀電子注通道的寬度為正弦波導(dǎo)的寬邊長度a，高度為hb;
[0008]其特征在于，所述上下正弦線周期性帶狀起伏在帶狀電子注通道方向上的被削頂，變成平頂型，使得尺寸參數(shù)滿足:b<hb+2h。
[0009]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。
[0010]本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，在正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)貕嚎s窄邊尺寸b，壓縮的大小等于上下正弦線周期性帶狀起伏被削頂?shù)母叨?，使得尺寸參?shù)滿足:b<hb+2h，其中hb為帶狀電子注通道的高度，h為正弦線周期性帶狀起伏的高度。經(jīng)測試，本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)具有更高的耦合阻抗值，同時(shí)色散特性得到了改善，這樣克服了傳統(tǒng)的耦合阻抗提高，而色散特性降低的缺陷，意味著電子注與電磁波的互作用能力增加，進(jìn)而提高行波管的輸出功率、增益和互作用效率。
【附圖說明】
[0011]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的一種【具體實(shí)施方式】結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3是正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)與平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的色散特性比較圖；
[0014]圖4是正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)與平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的耦合阻抗比較圖；
[0015]圖5是正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)與平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的反射參數(shù)比較圖；
[0016]圖6是正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)與平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的傳輸參數(shù)比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會(huì)淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。
[0018]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]在本實(shí)施例中，現(xiàn)有技術(shù)的正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)如圖1所示，a為波導(dǎo)寬邊長度，b為波導(dǎo)窄邊長度，h為正弦線周期性帶狀起伏的高度，P為正弦線的周期長度，正弦線周期性帶狀起伏的寬度為a。在本實(shí)施例中，在220GHz頻段，結(jié)構(gòu)尺寸為(單位:mm):a = 0.77mm，b =0.57mm,p = 0.46mm，h = 0.215mm，hb = 0.14mm，即b = hb+2h。
[0020]圖2是本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的一種【具體實(shí)施方式】結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]在本實(shí)施例中，如圖2所示，本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)包括正弦波導(dǎo)I，其寬邊長度為a，窄邊長度為b，縱向(長度方向)上下為以寬邊為中心進(jìn)行起伏的正弦線周期性帶狀起伏2，正弦線周期性帶狀起伏2的高度為h，正弦線周期性帶狀起伏2的周期長度為p，正弦線周期性帶狀起伏2的寬度為a;
[0022]上下正弦線周期性帶狀起伏2之間為帶狀電子注通道，該帶狀電子注通道的寬度為正弦波導(dǎo)的寬邊長度a，高度為hb;
[0023]本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，圖2所示，在現(xiàn)有正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，其他尺寸保持不變的情況下，適當(dāng)?shù)膲嚎s窄邊長度b，同時(shí)，對上下正弦線周期性帶狀起伏在帶狀電子注通道方向上進(jìn)行削頂，使其變成平頂型，削頂部分的高度為hs，使得尺寸參數(shù)滿足:b〈hb+2h，即壓縮的部分等于上下削頂之和2hs，2hs = hb+2h_b。
[0024]在本實(shí)施例中，在220GHz頻段，本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸為(單位:mm):a = 0.77mm，b = 0.50mm，p = 0.46mm, h = 0.215mm, hb = 0.14mm，hs = 0.035mm，即 b〈hb+2h，即窄邊長度b壓縮了 0.07mm，壓縮部分正是上下削頂之和2hs = 2 X 0.035mm=0.07mm。
[0025]在本實(shí)施例中，作為最佳方案，削頂部分的高度為hs= hb/4。
[0026]針對上述220GHz頻段的現(xiàn)有正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)以及本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，利用三維電磁仿真軟件HFSS進(jìn)行計(jì)算，獲得其色散特性、耦合阻抗進(jìn)出比較。同時(shí)，利用三維電磁仿真軟件CST對兩種慢波結(jié)構(gòu)各85個(gè)周期進(jìn)行模擬，獲得兩種慢波結(jié)構(gòu)的反射參數(shù)和傳輸參數(shù)。仿真結(jié)果如圖3、圖4、圖5、圖6所示，其中，曲線1、曲線3、曲線5、曲線7分別是本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的色散特性曲線、耦合阻抗曲線、反射參數(shù)曲線、傳輸參數(shù)曲線；曲線2、曲線4、曲線6、曲線8分別是現(xiàn)有正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的色散特性曲線、耦合阻抗曲線、反射參數(shù)曲線、傳輸參數(shù)曲線。
[0027]圖3是現(xiàn)有正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)與本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的色散特性比較圖。
[0028]在本實(shí)施例中，從圖3中的曲線I和曲線2相比較可知，本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)相比于現(xiàn)有正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，在相當(dāng)寬的頻帶內(nèi)(195?235GHz)，本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的歸一化相速基本相同，而在高于235GHz的高頻段，本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的歸一化相速略高，色散特性得到了改善。
[0029]圖4是現(xiàn)有正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)與本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的耦合阻抗比較圖。
[0030]在本實(shí)施例中，從圖4中的曲線3和曲線4相比較可以明顯的看出，相比于現(xiàn)有的正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，在相當(dāng)寬的頻帶內(nèi)(195?260GHz)，本發(fā)明所提供的平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)具有更高的耦合阻抗值。說明本發(fā)明中平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的耦合阻抗值得到了有效地提高，同時(shí)，結(jié)合圖3，我們可以看出，在耦合阻抗提高的同時(shí)，色散特性沒有降低，反而有所改善，這意味著電子注與電磁波的互作用能力增加，進(jìn)而提高行波管的輸出功率、增益和互作用效率。
[0031 ]圖5是正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)與平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的反射參數(shù)比較圖。
[0032]在本實(shí)施例中，從圖5中的曲線5和曲線6相比較可知，相比于現(xiàn)有正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，在195?225GHz頻帶內(nèi)，本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的反射系數(shù)基本相當(dāng)。在高于225GHz的頻帶內(nèi)，本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)具有略低的反射參數(shù)。
[0033]圖6是正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)與平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的傳輸參數(shù)比較圖。
[0034]在本實(shí)施例中，從圖6中的曲線7和曲線8相比較可知，相比于現(xiàn)有正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，在195?240GHz頻帶內(nèi)，本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的傳輸系數(shù)基本相當(dāng)。在高于240GHz的頻帶內(nèi)，本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)具有略高的傳輸參數(shù)，這意味著這種新型慢波結(jié)構(gòu)具有與正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)相當(dāng)甚至更優(yōu)良的傳輸特性。
[0035]結(jié)合圖5、圖6，我們可以看出，本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)相對現(xiàn)有正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，反射參數(shù)、傳輸參數(shù)都沒有太大影響，即性能沒有降低，本發(fā)明平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)具有良好的性能。
[0036]盡管上面對本發(fā)明說明性的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種平頂型正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，包括:一正弦波導(dǎo)，其寬邊長度為a，窄邊長度為b，縱向(傳輸方向)上下為以寬邊為中心進(jìn)行起伏的正弦線周期性帶狀起伏，正弦線周期性帶狀起伏的高度為h，正弦線周期性帶狀起伏的周期長度為p，正弦線周期性帶狀起伏的寬度為a； 上下正弦線周期性帶狀起伏之間為帶狀電子注通道，該帶狀電子注通道的寬度為正弦波導(dǎo)的寬邊長度a，高度為hb; 其特征在于，所述上下正弦線周期性帶狀起伏在帶狀電子注通道方向上的被削頂，變成平頂型，使得尺寸參數(shù)滿足:b<hb+2h。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的慢波結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的削頂部分的高度為hs= hb/4。
【文檔編號(hào)】H01J23/28GK105869971SQ201610346019
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】張魯奇, 魏彥玉, 徐進(jìn), 丁沖, 王媛媛, 趙國慶, 岳玲娜
【申請人】電子科技大學(xué)