[发明专利]一种折叠波导慢波系统

说明书

一种折叠波导慢波系统，包括：矩形波导，包括直波导段和弯波导段，其中所述弯波导段沿电场面周期性折叠，使电磁波沿着曲折路径传输；电子注通道，从所述矩形波导的直波导段中心穿过所述矩形波导，并与沿所述弯波导段传输的电磁波在互作用区发生周期性的相互作用；其中，所述矩形波导的直波导段是开放式结构。本发明的慢波系统是在传统E面弯曲折叠波导慢波电路的基础上改进而成，在保持良好色散特性的同时显著提高了慢波系统的耦合阻抗，改善了普通折叠波导慢波系统中色散特性和耦合阻抗之间的相互制约关系，从而满足了在毫米波行波管中应用时兼顾宽频带和大功率的需求。

技术领域

本发明涉及微波真空电子器件领域，尤其涉及一种折叠波导慢波系统。

背景技术

慢波系统的特性在很大程度上决定了行波管的性能，尤其是功率与带宽。一直以来，改进和发展新型慢波系统是改善行波管性能的主要方向之一。行波管采用的慢波系统主要有螺旋线型慢波系统、耦合腔型慢波系统和折叠波导慢波系统。在毫米波及亚毫米波段，全金属的折叠波导电路较传统的螺旋线具有大的功率容量；另一方面，较传统的耦合腔慢波电路具有宽频带工作能力，加之结构简单、易于加工，已成为一类极具竞争力的毫米波乃至太赫兹行波管慢波系统。

然而，折叠波导慢波系统的主要缺点在于耦合阻抗较低。由于色散特性和耦合阻抗间的相互制约，使其在宽频带设计时互作用效率较低，而在大功率设计时带宽又较窄。在现有研究中，已经提出了一些改进，例如双脊折叠波导、槽加载折叠波导等，但这些改进都存在对色散特性的严重牺牲，因而在获得宽频带特性方面存在困难。因此，对传统折叠波导电路进行结构改进以同时满足大功率和宽频带的需求颇具挑战性和实际意义。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种保持良好色散特性和耦合阻抗显著提高的折叠波导慢波系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种折叠波导慢波系统，包括：

矩形波导，包括直波导段和弯波导段，其中所述弯波导段沿电场面周期性折叠，使电磁波沿着曲折路径传输；

电子注通道，从所述矩形波导的直波导段中心穿过所述矩形波导，并与沿所述弯波导段传输的电磁波在互作用区发生周期性的相互作用；

其中，所述矩形波导的直波导段是开放式结构。

从上述技术方案可以看出，本发明的慢波系统具有以下有益效果：(1)开放的互作用区可以补偿横向尺寸缩小时对色散特性造成的严重影响；(2)采用脊加载的方法，可使轴向电场更有效地集中在互作用区；(3)脊加载可缩小结构的横向尺寸，从而改善PPM聚焦系统的性能；上述有益效果综合改善了慢波系统中色散特性和耦合阻抗相互制约的关系，满足了在毫米波行波管中应用时兼顾宽频带和大功率的需求。

附图说明

图1A为作为本发明一优选实施例的折叠波导慢波系统的三维结构图；

图1B为图1A所示折叠波导慢波系统的YZ截面图；

图1C为图1A所示折叠波导慢波系统的XY截面图；

图2为本发明的一个直角弯曲结构实施例的示意图；

图3A为本发明的一个小开放互作用区的实施例的示意图；

图3B为本发明的一个大开放互作用区的实施例的示意图；

图3C为本发明的一个孔阵列互作用区的实施例的示意图；

图4为作为本发明一个优选实施例的考虑外加封套时的结构示意图；

图5为本发明的结构与传统结构互作用区纵向电场的比较；

图6A为本发明的结构与传统结构色散特性的对比曲线图；