[实用新型]曲折槽波导慢波线

说明书

技术领域

本实用新型属于微波电子管技术领域，涉及微波管高频系统中的慢波线结构。

背景技术

作为微波传输线的普通波导工作到毫米波特别是短毫米波波段时，尺寸将变得十分小，极大地限制了传输微波的功率容量，同时，损耗却迅速增加，比如，在200GHz频率下，矩形波导的尺寸只有1.092mm×0.546mm，理论损耗达到9.7dB/m，实际测量达到的损耗更高达40dB/m，过模波导虽然可以增大波导尺寸，但却存在严重的高次模式竞争。

槽波导是上世纪六十年代提出的一种波导传输线，如图1所示，它由上、下金属板1、2，以及在金属板上加工出的槽3组成，槽3的形状可以是圆弧形、半圆形、矩形、椭圆形、三角形、梯形等，也可以是任意其它形状。图2给出了几种槽形的槽波导的横截面图，图中同时给出了在槽波导中基模高频场的分布，细实线为电力线，虚线为磁力线，具有其它槽形的槽波导中的基模高频场分布与此类似。可以看出这种场分布类似于圆波导中的TE₁₁模，它具有下述特点：

(1)在槽波导横截面的中心轴线方向上，电场具有横向最大值，当电子注沿着该方向通过时，就将与场发生最有效的相互作用；

(2)场主要集中在槽区，随着离开槽区距离的增加，基模场将迅速衰减，以致当离开槽区达到一定距离后，基模场实际上已趋于零。

槽波导克服了普通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。以圆波导和半圆形槽波导比较为例，普通圆波导的TE₁₁模单模工作范围是2.61R＜λ＜3.14R，其中R为圆波导半径，λ为微波波长；而半圆形槽波导的单模工作范围可以达到0.99R＜λ＜3.27R，远大于圆波导的工作频率范围，其中R为半圆形槽的曲率半径；反之，若单模工作频率范围不变，则半圆形槽波导的尺寸就可以比圆波导尺寸大得多，从而功率容量也相应提高；至于损耗，同样在200GHz频率下，根据两块金属板1与2之间距离的不同，矩形槽波导的损耗大约在1～5dB/m之间，比同频率下的矩形波导的理论损耗9.7dB/m小得多。

将矩形窄波导顺其宽边(E面)来回折弯就形成曲折矩形波导(折弯时可以采用直角弯，也可以是圆弧弯)。图3给出了圆弧弯普通曲折矩形波导的立体示意图，图中4为矩形窄波导。折弯时，除了圆弧弯曲部分5外，还有一段直波导部分6，沿着普通曲折波导的中轴线开一个纵向贯通的圆形孔，相邻两个曲折单元的直波导的圆形通孔之间，采用与圆形通孔孔径尺寸相同的金属管连接，形成电子注通道7，从而构成曲折波导慢波线。图3中同时也画出了矩形波导中TE₁₀模的电力线分布。

沿通过曲折波导慢波线中轴线且平行于矩形波导窄边的中心平面剖开，可将曲折波导慢波线一分为二。因此，现有的曲折波导慢波线通常采用两块半金属板制作：其中一半金属板如图4所示(另一半金属板与它完全对称)，在两块半金属板上分别加工出半曲折矩形波导和半圆金属通孔8，然后将两块金属板合在一起形成完整的曲折矩形波导慢波线(两个半圆通孔8合在一起正好形成圆形电子注通道7)。

由于矩形波导中基模TE₁₀模的电力线垂直于波导宽边，因而矩形波导经折弯形成曲折波导后，电力线方向将正好在曲折波导的纵向(即中轴线方向)，当电子注在电子注通道7中通过时，电子运动方向与高频电场方向就会相同或相反，从而相互作用而产生能量交换，在一定条件下，使微波场得到放大；同时微波沿矩形波导曲折传输，它在曲折波导纵向的相速就慢了下来。可见，曲折波导可以成为微波管中发生注-波互作用的最重要的高频系统之一-慢波线，曲折矩形波导慢波线已被广泛应用于毫米波行波管中。

由于普通矩形波导工作到毫米波特别是短毫米波波段时，尺寸将变得十分小，极大地限制了传输微波的功率容量，同时，损耗却迅速增加；因此基于矩形波导的曲折矩形波导慢波线工作到毫米波特别是短毫米波波段时，同样存在尺寸小，传输微波的功率容量低，而损耗增加的缺陷，从而极大地限制了曲折矩形波导慢波线的应用。

发明内容

本实用新型提供一种曲折槽波导慢波线，该慢波线与现有的曲折矩形波导慢波线相比具有宽频带、大尺寸、低损耗的特点，且具有更高的输出功率和效率；同时，该慢波线还具有结构相对简单，加工精度要求低和加工容易的特点。

本实用新型基于普通曲折矩形波导慢波线同样的原理，将槽波导中的槽来回折弯成曲折槽波导(其折弯方式同样可以是直角折弯，也可以是圆弧折弯)，即形成本实用新型的曲折槽波导慢波线。