[实用新型]一种基于周期金属圆柱的微带曲折线慢波结构

说明书

本实用新型公开了一种基于周期金属圆柱的微带曲折线慢波结构，属于物理电子学技术领域。该结构包括金属背板（4）、介质衬底（3）、周期金属圆柱（2）和平面金属线（1），介质衬底（3）位于金属背板（4）和平面金属线（1）之间，周期金属圆柱（2）嵌于介质衬底（3）内，并分布在平面金属线（1）的周围；平面金属线（1）是由多段形状和尺寸相同的平面金属线段首尾相连形成的曲折结构；所述周期金属圆柱（2）的高度与介质衬底（3）的厚度或与介质衬底（3）和平面金属线（1）的厚度之和相同。本实用新型所示结构在保持良好传输性能的基础上，具有低相速、弱色散的优势，可以增加金属覆盖面积、改善介质电荷积累现象，提高输出功率。

技术领域

本实用新型涉及行波管放大器件，尤其是一种基于周期金属圆柱的微带曲折线慢波结构，属于物理电子学技术领域。

背景技术

功率放大器件可以分为两类，即真空电子器件和固态电子器件。固态电子器件具有电压低、体积小、噪声低、集成度高、适合大规模生产等优点，使其在低频段和中小功率的应用中占据了绝对的优势。然而，在高频（如毫米波甚至太赫兹波段）和大功率的条件下，固态器件的低电压和小体积不再是优势，相反，大电流对器件的引线及工作区带来了严峻的考验。以目前固态器件的发展水平来看，单片微波集成电路（放大器在毫米波频段）的输出功率水平一般在毫瓦级，显然，其功率输出水平难以满足毫米波段对大功率福射源的要求。而毫米波行波管作为真空电子器件中大功率、宽频带和高效率的代表，被广泛应用于卫星通信、高分辨率雷达、电子对抗等领域，是一种非常重要的毫米波功率放大器。

随着行波管工作频率的提升，行波管的尺寸越来越小。微带曲折线行波管是小型化平面行波管的重要代表，如图1它可以采用深反应离子蚀刻技术（DIRE）或光刻等微细加工手段成型，成本低廉，并且可采用带状电子束进行波注互作用，互作用效率高，可以在低工作电压的情况下提供中等水平的功率输出，在军用电子系统及毫米波通信等方面都具有较好的应用前景。

虽然微带曲折线行波管具有一定的优势，但是在使用过程中也存在一些问题。例如，电子注在传输过程中由于电荷排斥力的作用会逐渐发散，由于周期永磁（PPM）聚焦系统的存在，电子注发散现象会受到抑制，但是仍有一部分电子会撞击到微带曲折线慢波结构上，由于金属覆盖率低，电子会在介质衬底上聚集起来，产生介质电荷积累现象，对需要放大的信号产生干扰。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提高传统微带曲折线的性能，提供一种基于周期金属圆柱的微带曲折线慢波结构，可增加其金属覆盖面积、改善介质电荷积累现象，降低相速、减少色散，增大工作带宽、提高输出功率。

本实用新型具体采用以下技术方案：

本实用新型提供一种基于周期金属圆柱的微带曲折线慢波结构，该结构包括金属背板、介质衬底、周期金属圆柱和平面金属线，所述平面金属线由多段形状和尺寸相同的平面金属线段首尾相连形成曲折结构，所述平面金属线的形状为U形或V形，所述介质衬底位于金属背板和平面金属线之间，所述周期金属圆柱嵌于介质衬底内，并分布在平面金属线的周围。在该慢波结构的空间外，加上适当磁场结构，并在上方空间注入电子注时，可以与通过微带线传输的电磁波进行能量交换，放大电磁波功率。

上述技术方案具体包括以下两种技术方案：

（一）第一种技术方案

一种基于周期金属圆柱的微带曲折线慢波结构，包括金属背板、介质衬底、周期金属圆柱和平面金属线。介质衬底位于金属背板和平面金属线之间；周期金属圆柱嵌于介质衬底内，并分布在平面金属线的周围，周期金属圆柱的高度与介质衬底的厚度相同。

（二）第二种技术方案

一种基于周期金属圆柱的微带曲折线慢波结构，包括金属背板、介质衬底、周期金属圆柱和平面金属线。介质衬底位于金属背板和平面金属线之间；周期金属圆柱嵌于介质衬底内，并分布在平面金属线的周围，所述周期金属圆柱的高度与介质衬底和平面金属线的厚度之和相同。