[发明专利]一种扭波导分离式准平面矩形波导折叠波导

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁波传输线。具体地说，是涉及一种用于信号延迟或电磁波源的慢波结构的紧凑型扭波导分离式准平面矩形波导折叠波导。

背景技术

折叠传输线的第一个重要应用是作为信号延迟线，在雷达等系统中用于信号延迟。折叠传输线的第二个重要应用是在行波管放大器中作为慢波结构使用。这时，电子束沿一定直线电子通道传播，而电磁波则沿着弯折的传输线传播。虽然在弯折传输线内传播的电磁波的相速很快，可以接近于光速，甚至大于光速，但在该直线电子通道中，电子束感受到的电磁波的相速可以远远低于光速。采用准折叠波导构成的行波管的电子束能量可以大大降低，有利于器件的小型化。

传统的折叠传输线一般采用传输线连续弯曲而成。比如波导延迟线将波导弯曲叠放。由于过小的弯曲曲率半径将导致信号的反射，这种延迟线的体积通常都比较大。折叠波导行波管放大器中的普通的慢波结构采用矩形波导段与U形波导端分别交替连接构成，同样有体积大的问题。普通的折叠波导行波管存在的另一个问题是带宽问题。这种行波管中采用的折叠波导一般为二维结构，波导在一个过Z轴的平面，比如XZ平面内连续弯曲。在这种折叠波导中，沿Z轴传播的电子在通过一个周期的折叠波导时，有两个与电磁波相互作用的区域。在这两个互作用区域中，传输的电子束感受到的电磁波的相位差除电磁波沿该折叠波导的弯折途径传输所决定的相位差外，还包括由于传输线的180度弯折波导致的电磁场方向反向所决定的180度的所谓“形状相位差”。这个形状相位差的存在，使得沿Z轴方向传播的电子束与沿折叠波导传播的电磁波在沿Z方向的速度同步条件下，在同一周期中的两个互作用区域中，电子束所受到的沿Z轴方向的作用力会切换方向，导致电磁波从电子束获得的能量相互抵消。为了解决这个问题，电子束沿Z方向的速度与电磁波沿Z方向的平均相速必须失配。由此带来了对折叠波导行波管的相对带宽的严重限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种没有形状相位差的扭波导分离式准平面矩形波导折叠波导。这种方案具有结构简单、加工方便、工作频率宽,结构紧凑等特点。

为了实现上述目的，我们的方案为，一种扭波导分离式准平面矩形波导折叠波导。所述扭波导分离式准平面矩形波导折叠波导包括沿Z轴方向依次连通并重复的至少2个最短波导周期结构，在扭波导分离式准平面矩形波导折叠波导两端设置有输入输出波导。

存在一与Z轴平行的直线AB，所述直线AB与任意一个所述最短波导周期结构的交集为两条互不直接相连的连续线段CD和线段EF。

存在至少一根平行于Z轴的直线电子束通道；所述直线电子束通道与所述直线AB重合；所述线段CD通过所述最短波导周期结构中电磁波的电场强度的最大幅值点。

任意所述最短波导周期结构的两端面都与YZ平面平行；所述最短波导周期结构的两端面的形状为矩形波导、单脊矩形波导或双脊矩形波导；任一所述最短波导周期结构的两端面的宽边都与Y轴方向平行。当电磁波的频率接近所述折叠波导的工作模式的截止频率时，Z轴与任意一个所述最短波导周期结构的两个交集处的电磁波的电场的方向相同。

本发明的最短波导周期结构有2种结构，第一种结构为：相邻2个最短波导周期结构直接连接，每一个最短波导周期结构至少包括2个分别位于YZ面两侧的U形弯波导，U形弯波导的凹口面向YZ面，同一最短波导周期结构内的2个U形弯波导采用波导段结构连接，一个U形弯波导的一端与另一个U形弯波导的一端之间采用波导段结构连接，每一个所述波导段结构包括一个位于Y轴上的波导段和2个分别位于波导段两侧的扭波导段，扭波导段位于U形弯波导的端部与波导段的端面之间的间隙处。

第二种结构为：相邻2个最短波导周期结构直接连接；每一个最短波导周期结构至少包括2个分别位于YZ面两侧的U形弯波导，U形弯波导的凹口面向YZ面，同一最短波导周期结构内的2个U形弯波导采用波导段结构连接，一个U形弯波导的一端与另一个U形弯波导的一端之间采用波导段结构连接，每一个所述波导段结构包括一个位于Y轴上的波导段和1个位于波导段一端的扭波导段；同一最短波导周期结构内，Y轴一侧的U形弯波导的一端部直接与波导段连接，Y轴另一侧的U形弯波导的一端部直接与扭波导段连接，且整个扭波导分离式准平面矩形波导折叠波导中，相邻的2个扭波导段分别位于Y轴两侧；所述扭波导段由2个L形波导段叠合连接在一起组成，一个L形波导段相比另一个L形波导段呈水平翻转状态。