[发明专利]一种矩形金属柱加载的交错栅慢波结构

说明书

本发明公开了一种矩形金属柱加载的交错栅慢波结构，采用一个长方体外壳、位于壳体上顶面和下底面沿着纵向周期分布的矩形栅齿、加载在栅齿中间的一根/多根矩形金属柱和两个带状注通道组成的结构。利用矩形金属柱，可以实现慢波结构的高阶模工作。这种交错栅慢波结构能够有效抑制低阶模和且在相同结构尺寸的情况下工作在高频段。基于这种慢波结构的毫米波太赫兹行波管/返波管具有结构紧凑、电子效率高、输出功率大等优点，在高数据率通信系统、高精度成像系统、雷达整机系统等方面有着广泛的应用前景。

[技术领域]

本发明属于微波真空电子技术领域，具体涉及一种用于毫米波/太赫兹波带状注行波管/返波管的矩形金属柱加载的交错栅慢波结构。

[背景技术]

太赫兹技术是当今最具发展潜力的技术之一，它在高数据率通信、安检成像、高精度雷达、生物医学和材料检测等诸多领域具有广阔的应用前景。虽然太赫兹技术取得了重要的研究进展，但目前太赫兹技术目前仍处于探索阶段，真正能够实现的应用目前尚少。其中一个很重要的原因便是大功率太赫兹源的匮乏。真空电子器件是一种用于实现大功率太赫兹源的重要技术手段。行波管/返波管是真空电子学领域内最为重要的一类放大器/振荡器，具有大功率、高效率、宽频带和长寿命等特点，广泛应用于雷达、制导、卫星通信、微波遥感、辐射测量等领域，其性能直接决定着整个装备系统的水平。和常规的圆形电子注行波管/返波管相比，带状注行波管/返波管的电子注面积大，电子注功率高，从而使得整管的输出功率大。慢波结构作为注波互作用的场所，是带状注行波管/返波管的核心部件之一。目前用于带状注行波管/返波管的常用慢波结构有耦合腔、交错栅、对称栅、单栅和正弦波导等。

在“一种宽频高功率亚毫米波行波管的高频电路”(《IEEE电子器件》，2009年，56卷，706-712页，作者：Young-Min Shin,Larry R.Barnett)一文中，该文作者在对称栅慢波结构的基础上，深入研究了交错栅慢波结构。交错栅慢波结构由于具有潜在的宽频带工作特性，近年来受到了广泛的研究。其结构如图1所示，包括：长方体外壳11、位于壳体上顶面和下底面的矩形栅齿12以及带状电子注通道13。位于壳体上顶面和下底面的矩形栅齿均沿着纵向呈周期排列(等间距排列)，在上顶面和下底面的矩形栅齿沿着纵向错位半个周期。上、下栅齿之间为电子注通道。

通常情况下，带状注行波管/返波管工作在基模状态下。当工作频率提高至太赫兹波段时，基模工作下的带状注行波管/返波管的结构尺寸将会变小，给加工和装配带来很大的难度。结构尺寸的减小，会使得整管的功率容量减小，从而限制输出功率的提升。另外，结构尺寸的减小还会降低电子注的面积，从而提高电子注的电流密度，进而增大电子枪和聚焦系统的研制难度。高阶模工作是解决上述问题的一种有效手段。在相同工作频率下，高阶模工作能够提高该慢波结构的结构尺寸。在相同结构尺寸下，高阶模工作能够提高该慢波结构的工作频率。然而，低阶模能否有效抑制是高阶模工作的一个核心问题。本发明所提出的矩形金属柱加载的交错栅慢波结构能够有效抑制低阶模，且工作在高阶模。

[发明内容]

本发明的目的在于：在传统交错栅慢波结构的基础上，提出了一种能在相同结构尺寸下工作在更高频段的矩形金属柱加载的交错栅慢波结构。

本发明具体采用如下技术方案：

一种矩形金属柱加载的交错栅慢波结构，包括一个长方体壳体、壳体下底面和上顶面内有沿着轴向周期排列延伸的各矩形栅齿，以及上下各矩形栅齿之间形成的带状电子注通道，还包括加载在上下矩形栅齿中的矩形金属柱。

优选地，栅齿的厚度以及两个相邻栅齿之间的间距之和为一个周期长度，在上顶面和下底面的矩形栅齿沿着轴向错位半个周期。

优选地，栅齿厚度与相邻栅齿之间的距离相等。

优选地，所述矩形金属柱的数量n≥1，通过矩形金属柱的加载，工作模式由低阶模变为高阶模。