[发明专利]一种交错子周期折叠波导慢波结构

说明书

本发明公开了一种交错子周期折叠波导慢波结构，该折叠波导慢波结构包括彼此交错分布的多个上栅体和多个下栅体、以及由各上栅体和下栅体限定的包括直波导段和波导连接段的多个周期性结构的折叠波导，其中，周期性结构中的两个直波导段具有不同的互作用距离。本发明的交错子周期折叠波导慢波结构的子周期沿电子注传播方向交错排列，在色散曲线中产生显著、可控的3π模止带，适用于新型带边振荡器的研制。

技术领域

本发明涉及微波真空电子器件技术领域。更具体地，涉及一种交错子周期折叠波导慢波结构。

背景技术

慢波结构主要应用于行波型微波真空电子器件，也可作为谐振腔用于扩展互作用型驻波器件。慢波结构的作用是降低在其中传输电磁波的相速度，使之与电子注保持同步，以获得注波之间有效的互作用，其属于微波真空电子器件的核心部分。

根据目前国内外短毫米波及太赫兹真空电子器件的研制情况，折叠波导已经成为最常用的一种慢波结构。如图1和图2所示，折叠波导慢波结构是将矩形波导沿电场面弯曲，形成包括连通的直波导段和波导连接段的周期结构，电子注通道可位于折叠波导慢波结构的中轴线上，其中a表示矩形波导的宽边长，b为矩形波导的窄边长，周期性结构的几何周期P包含两个相等的子周期p₁，即包括两个互作用距离相等的子周期，直波导高度为h，电子注通道半径为r_c，根据波导连接方式的不同，可以分为U型弯曲折叠波导，见图2A-2C，和直角型弯曲折叠波导，见图1A-1B。

除了利用折叠波导慢波结构的常规色散区域进行了行波管和返波振荡器的研制外，为了实现周期结构电磁特性在真空射频器件中的全维度应用，国内外许多研究人员致力于开拓色散的止带边缘新区域，开展新器件的研究及实验验证。然而，现有技术中折叠波导慢波结构的色散曲线中仅在360度附近及720度附近出现止带，而在540度附近即3π模附近没有出现止带区域，如图3所示。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在色散曲线中存在3π模止带区域的折叠波导慢波结构，以满足微波真空电子器件的应用需求。

本发明提供一种交错子周期折叠波导慢波结构，该折叠波导慢波结构包括彼此交错分布的多个上栅体和多个下栅体、以及由各上栅体和下栅体限定的包括直波导段和波导连接段的多个周期性结构的折叠波导，其中，该周期性结构中的两个直波导段具有不同的互作用距离。

优选地，所述波导连接段为直角型波导连接段或U型波导连接段。

优选地，该慢波结构进一步包括位于慢波结构的中轴线位置处的电子注通道。

优选地，周期性结构中沿电子注行进方向排列的第一直波导段和第二直波导段，第一直波导段的互作用距离小于第二直波导段互作用距离。

优选地，第一直波导段互作用距离是第二直波导段互作用距离的5％-95％。

优选地，周期性结构中沿电子注行进方向排列的第一直波导段和第二直波导段，第一直波导段的互作用距离大于第二直波导段互作用距离。

优选地，第二直波导段互作用距离是第一直波导段互作用距离的5％-95％。

优选地，该慢波结构的色散曲线中在大体3π模的相位出现止带区域。

根据本发明的交错子周期慢波结构，通过将周期性结构中两个直波导段的互作用距离设计为不相等，即包括在一个周期结构中的两个子周期不同，并使互作用距离不相等的几何子周期交错排列，可以得到在色散曲线中产生显著、可控的3π模止带区域的折叠波慢波结构。根据本发明的慢波结构的轴线耦合阻抗明显增大，可发生强注波互作用，获得更高输出功率。

根据本发明的折叠波慢波结构可适用于新型带边振荡器的研制。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。