[发明专利]一种径向对数螺旋微带慢波线

说明书

技术领域

本发明属于微波真空电子器件技术领域，更为具体地讲，涉及行波管中的一种径向对数螺旋微带慢波线。

背景技术

行波管作为微波频段应用最为广泛的电真空器件，在毫米波雷达、制导、通信、微波遥感、辐射测量等众多领域具有突出的应用地位。由于其无可替代的宽频带特点，也成为各领域装备中最重要的一种微波管。

一支典型的行波管由电子枪、聚焦系统、慢波线（慢波结构）、输入输出装置和收集极五部分组成。作为行波管的核心部件，慢波线的任务是传输高频电磁行波并使电磁波的相速降到同步速度，并实现电磁波对电子注的调制，从而使电子注交出直流能量放大高频场，它的性能优劣直接决定了行波管的工作带宽、输出功率和效率等。

目前，常用的慢波线主要有螺旋线及其变形结构、耦合腔及其变形结构。其中，螺旋线类行波管具有很宽的带宽，可以达到几个倍频程，但是由于工艺问题，螺旋线主要用于Ka以下的频段，在高频端的应用受到很大限制；而耦合腔及其变形结构的梯形线具有很高的功率容量，可达数百瓦，并且可以应用于V及以上频段，但是带宽远不及螺旋线。在W及以上频段，耦合腔结构的另一种变形——曲折波导有着不错的表现，它因为加工方便，功率容量大而受到了广泛的关注，具有较好的应用前景。

但是，对于常规行波管而言，随着工作频率的提高，慢波线的尺寸必须大幅减小，这会大幅缩减电子注通道的尺寸，而相应的电子枪就必须缩小，行波管的整体尺寸也因此减小，所以行波管自身体积不再是限制行波管应用的主要因素。相比之下，随工作频率升高而增大的工作电压对行波管应用范围的限制更为明显。螺旋线行波管在S波段时工作电压为4KV，而在Ka波段工作电压为18KV，耦合腔类行波管的工作电压也均为上万伏。如此高的电压需要庞大的电源来提供，这就对使用空间提出了严格的要求，这也是固态器件在低频段能取代真空器件的重要因素之一。因此，寻求低电压慢波线对降低行波管的成本、扩展行波管的应用领域有着极大的促进作用。

对数螺旋慢波线是一种具有极低工作电压的慢波线，它的工作电压在百伏以内，对电源的需求极大降低。但是，如此低的电压，意味着行波管的直流输入功率不可能太大，对应的输出功率也有限，在百瓦以内。而提高其输出功率则需要提高工作电压，按照传统方法代价就是结构径向尺寸的指数倍数增加，这是不能接受的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种径向对数螺旋微带慢波线，在大幅降低行波管的工作电压的同时保证其具有较高的输出功率，从而使行波管具有更低的成本和更宽的应用领域。

为实现上述发明目的，本发明径向对数螺旋微带慢波线，其特征在于，包括：

一金属屏蔽壳，金属屏蔽壳内为真空腔，其内顶侧、底侧为扇形；

一扇形介质板，置于金属屏蔽壳内底侧；

一角度径向对数螺旋金属带，为单根径向对数螺旋微带线上截取角度为θ的一部分弧线，以及将截取弧线相邻首尾交替连接的金属带组成，并按照扇形介质板相同放置形状置于扇形介质板之上；角度径向对数螺旋金属带的内端为电磁波输入端，外端口为电磁波输出端；

平面扇形电子束从角度径向对数螺旋金属带内侧向外侧发射。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明径向对数螺旋微带慢波线，为一种沿径向方向的准周期结构，采用平面扇形电子束工作，包括扇形减数屏蔽壳、扇形介质底板以及角度径向对数螺旋金属带，角度径向对数螺旋金属带由单根径向对数螺旋微带线上截取角度为θ的一部分弧线，以及将截取弧线相邻首尾交替连接的金属带组成。采用本发明径向对数螺旋微带慢波线的行波管，其工作电压远低于常规的低电压螺旋线行波管，相对于耦合腔类行波管则具有更大的优势；而与径向对数螺旋慢波线相比，角度径向对数螺旋线慢波线具有更宽的工作电压调谐范围，在电子束电流相同的情况下，这意味着更宽的直流输入功率调谐范围，也意味着更大的输出功率，可以应用在对功率要求更大的情况下。

附图说明

图1是本发明径向对数螺旋微带慢波线一种具体实施方式结构示意图；

图2是图1所示角度径向对数螺旋金属带弧线截取示意图；

图3是图2所示角度径向对数螺旋金属带结构示意图；

图4是图2所示角度径向对数螺旋金属带取不同的螺距系数b和角度θ时，归一化相速变化曲线；

图5是本发明径向对数螺旋微带慢波线所采用的一种径向电子光学系统的结构示意图；

图6是本发明径向对数螺旋微带慢波线的另一具体实施方式工作示意图。

具体实施方式