[发明专利]一种角度对数折叠槽波导慢波结构

说明书

本发明公开了一种角度对数折叠槽波导慢波结构，涉及电子真空高功率器件领域；其包括两个上下镜像对称的金属盖板，所述金属盖板之间通过钎焊连接，所述金属盖板包括金属腔体、设置在金属腔体上的阴极发射体、刻蚀在金属腔体内的槽波导、刻蚀在槽波导上的角向电磁波通道凹槽以及设置在槽波导两端的端口，上下槽波导之间的空隙形成径向电子注通道，所述槽波导采用实现高频段大幅度降低电压的角度对数槽波导；本发明解决了现有的折叠波导在高频段运行时工作电压过高导致内部失效、器件无法小型化的问题，达到了产生太赫兹波段的大功率电磁波，有效降低电真空器件工作电压，对应设备体积减小实现电真空器件的小型化的效果。

技术领域

本发明涉及电子真空高功率器件领域，尤其是一种角度对数折叠槽波导慢波结构。

背景技术

电真空器件是一类有着悠久历史的电子器件，从二十世纪初被发明以来，在电子行业的各个领域有着非同凡响的应用；其主要功能是把各种频段的电磁波进行能量放大，因此该类电子器件在雷达、通信、卫星、电子战等领域有着不可替代的影响。真空器件的功率容量、抗干扰、抗辐照等方面有着固有的优势，尤其是在太赫兹频段(0.1-10THz)领域。而这一频段的高功率电磁波在众多领域有着重要的应用，例如生物、化学、物理等基础领域和材料科学研究、医学成像、保密通信、国防安全等技术领域。因此，利用何种器件以何种方式产生大功率太赫兹电磁波就成为一项亟待解决的问题。电真空器件由于其特有的机理，使得在解决这一问题上有着先天的优势，几十年来，发展出了众多结构及其改型，包括螺旋线、耦合腔、折叠波导、交错双栅等核心慢波结构。

在太赫兹领域，目前较为成熟的主要以折叠波导为主，但由于折叠波导是一类强色散器件，波导中的电磁波相速度会随着工作频率的变化而剧烈变化，导致在高频率范围内，电磁波的相速度依然保持一个较高的水平，对应的工作电压也很高，通常在G波段内为20-25千伏左右；工作电压过高，所需的电源设备体积很大，制约着电真空器件的小型化、轻便化的使用要求；工作电压过高，容易发生器件内部打火、失效等现象；工作电压过高，电子注的速度加快，从而聚焦磁场要求高，导致磁块等设备体积增大，无法实现小型化。因此需要一种波导可以实现在高频段工作且大幅度降低工作电压，实现电真空器件的小型化和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于：本发明提供了一种角度对数折叠槽波导慢波结构，解决了现有的折叠波导在高频段运行时工作电压过高导致内部失效、器件无法小型化的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种角度对数折叠槽波导慢波结构，包括两个上下镜像对称的金属盖板，所述金属盖板之间通过钎焊连接，所述金属盖板包括金属腔体、设置在金属腔体上的阴极发射体、刻蚀在金属腔体内的槽波导、刻蚀在槽波导上的角向电磁波通道凹槽以及设置在槽波导两端的端口，上下槽波导之间的空隙形成径向电子注通道，所述槽波导采用实现高频段大幅度降低电压的角度对数槽波导。

优选地，所述角度对数槽波导为截取的对数螺旋曲折波导中张角为的扇形区域，包括依次交替连接的对数段和过渡段。

优选地，所述对数段包括扇形段曲线和多条曲线，所述扇形段曲线张角为相邻曲线为扇形段曲线的S_C倍，S_C＝e^b×2π，其中，b取值为0.001-0.002；相邻曲线之间的过渡段为标准半圆，所述标准半圆的端点为两条曲线的端点，圆心为两端点的中心，半径为两端点距离的二分之一。

优选地，所述角度对数槽波导的横截面为矩形，其宽度W取值为0.1-0.14mm，深度h取值为0.3-0.8mm，所述径向电子注通道的厚度t取值为0.08-0.12mm，其张角大于槽波导张角

优选地，所述阴极发射体的径向发射面为与槽波导同圆心、张角为的弧面，其位于所述径向电子注通道的最右端，其厚度t_y小于所述径向电子注通道的厚度t。