[发明专利]一种减小耦合腔行波管谐波输出的慢波结构

说明书

技术领域

本发明属于微波真空电子器件领域，具体涉及一种减小耦合器行波管谐波输出的慢波结构。

背景技术

行波管作为真空微波功率放大器件，具有频带宽、增益大、效率高、可靠性高等优点，在各类军用微波发射机中有着广泛的应用，被誉为武器装备的“心脏”。行波管根据其慢波结构可分为螺旋线行波管、耦合腔行波管等。由于耦合腔慢波结构散热性能很好，能承受相当大的功率，因此耦合腔慢波结构在大功率的行波管中应用广泛。

采用耦合腔慢波结构的行波管一般应用于各种雷达系统中作为末级功率放大器件。由于行波管输出信号的质量直接影响整个雷达系统的性能，所以一般要求行波管输出信号的频谱干净，应当只有尽量小的杂散噪声和各次谐波(特别是二次谐波)输出。行波管是一种利用高速电子注与微波信号互作用将电子注的动能转化为微波能量，最后达到放大功用的功率放大器件，由于行波管是用电子注的群聚来使电磁波得到增益，因此电子群聚所带来的丰富的谐波是每只行波管都无法避免的。特别是工作在增益饱和的状态下，其二次谐波的输出功率将相当可观，而各次谐波的输出会影响行波管的输出信号的质量，并最终影响雷达系统的功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减小耦合器行波管谐波输出的慢波结构，解决耦合腔行波管输出功率频谱中的各次谐波输出对于行波管性能的影响。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

所述的这种减小耦合器行波管谐波输出的慢波结构，包括驱动段和输出段，在两段之间用吸收器隔开。所述驱动段和输出段由数目不同的耦合腔组成，相邻的耦合腔之间通过膜片隔开。

所述膜片上均设有耦合槽，相邻膜片上耦合槽的位置不同。所述膜片上耦合槽均为一个，耦合槽为腰形结构。耦合槽的作用是将微波信号耦合到耦合腔中与电子注相互作用。

在所述驱动段及输出段的耦合腔中相邻膜片上耦合槽的相位差为180°，在驱动端末端位置的两相邻膜片上耦合槽的相位差为90°±15°，在输出端末端位置的两相邻膜片上耦合槽的相位差为90°±15°。

通过改变耦合腔慢波结构中驱动段及输出端末端两相邻膜片间耦合槽的相位差，可有效的减小输出功率频谱中的各次谐波输出。

其作用原理为：通常耦合腔行波管慢波结构的频带的色散是负的色散，也就是说基波为反向波，但耦合腔行波管慢波系统的各次谐波输出时不是基波，而是具有正的色散的负一次空间谐波。应用本发明所述的耦合腔慢波系统时，可有效解决负一次空间谐波所伴生的二次空间谐波。

设负一次空间谐波在耦合腔中通过每个腔的相位移动角度为其中β_-1为负一次空间谐波的相位常数，L为慢波系统的周期。则负一次空间谐波的二次空间谐波的移动角度为这里用β₂来表示上述相位常数。当相邻膜片上的耦合槽相位差为180°时，负一次空间谐波每腔相移为相对应的电子注群聚块在漂移管中的渡越角也是此时耦合过来的微波与漂移管传输过来的群聚电子块将持续相互作用，相互作用的结果是微波信号得到加强，功率增大。

负一次空间谐波的二次谐波的相速为V_P2，则式中下标有-1的代表负一次空间谐波的参数，下标有2的代表负一次谐波的二次谐波的参数。上式中，ω为角频率，f为频率。其中V_p2为二次谐波的相速，V_p-1为负一次空间谐波的相速。可见二次谐波的相速与负一次空间谐波的相速相等，因此也与电子注的速度相等，仍然满足同步条件，可以持续的相互作用，相互作用的结果是信号得到加强，功率增大。

当将相邻膜片间的耦合槽相位差由180°变成90°时，从耦合槽中耦合过来的微波将比通过漂移管传输过来的群聚电子块的相位提前，在工作点附近提前值约为倍。对负一次空间谐波，相位提前值为对于二次谐波，相应的相位提前将成为

相位提起的微波在与电子注相互作用时将导致两种不同的结果：对于负一次空间谐波互作用的结果是功率会得到增强，对于二次谐波来说，互作用的结果是功率会得到减弱。

当将相邻膜片间的耦合槽相位差由180°变成90°时，对负一次空间谐波来说功率影响较小，对于其二次谐波来说，功率将衰减，也就达到了减小耦合腔行波管二次谐波功率输出，优化频谱特性的目的。

本发明的优点在于：所述的这种减小耦合器行波管谐波输出的慢波结构，通过对耦合腔行波管慢波结构的改进，减小了耦合腔行波管二次谐波功率输出，使得行波管输出信号的频谱干净，能有效提高行波管性能。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：