[发明专利]一种矩形螺旋槽加载的慢波结构

说明书

本发明公开了一种矩形螺旋槽加载的慢波结构，包括带状电子注通道，沿前后方向螺旋转折的波导具有N个周期的转折波导；所述任意一个周期内的转折波导包括下矩形波导腔、右侧斜波导腔、上矩形波导腔、左侧斜波导腔；其中，下矩形波导腔、右侧斜波导腔、上矩形波导腔、左侧面的左侧斜波导腔依次连通，且在两个相连通的波导腔之间形成90°转折；同一个周期内的下矩形波导腔和上矩形波导腔沿前后方向进行错位设置；右侧斜波导腔将本周期内的下矩形波导腔的右端部与本周期内的上矩形波导腔的右端部连通，左侧斜波导腔将本周期内的上矩形波导腔的左端部与下一周期内的下矩形波导腔的左端部连通。

技术领域

本发明涉及真空电子器件技术领域，具体涉及一种矩形螺旋槽加载的慢波结构。

背景技术

太赫兹科学技术由于其在高分辨率成像、诊断系统、高数据速率通信和空间应用中的潜在应用价值，一直是最有吸引力和前景的课题之一。大功率辐射源是太赫兹科学体系中最重要的研究领域之一。真空电子器件是一类利用高能电子注与电磁波信号相互作用后将电子注动能转化为微波能量的功率放大器。因此真空电子器件可以有效地产生大功率辐射并应用于太赫兹领域。在所有的真空电子器件中，行波管以其宽频带和高功率被证明是最重要的辐射源之一。慢波结构作为行波管中实现注波互作用的核心部件，在很大程度上决定着设备的性能。传统的螺旋线和耦合腔慢波结构在兼顾功率与带宽时都遇到了严重的障碍，螺旋线结构虽然有倍频程以上的带宽，但因其散热能力差、热容量小而只能提供有限的输出功率；耦合腔行波管热容量较高，可其带宽比较窄。另一个对发展造成障碍的重要原因是尺寸。随着工作波长的减小，行波管的尺寸也越来越小。而当行波管向太赫兹方向发展时，要求螺旋线和耦合腔结构尺寸非常小，不易加工和装配，大大增加了进一步发展的难度。

为了解决太赫兹行波管发展的关键问题，设计一种在太赫兹波段易加工、散热好、宽带较宽、耦合阻抗高的新型慢波结构很有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矩形螺旋槽加载的慢波结构，该结构能在在太赫兹波段易加工、散热好、宽带较宽、耦合阻抗高。

本发明的具体技术方案为：

一种矩形螺旋槽加载的慢波结构，

包括沿前后方向延伸的矩形体式的带状电子注通道，还包括一个沿前后方向螺旋转折的波导，沿前后方向螺旋转折的波导具有N个周期的转折波导；

所述任意一个周期内的转折波导包括设置在带状电子注通道下侧面的下矩形波导腔、设置在带状电子注通道右侧面的右侧斜波导腔，设置在带状电子注通道上侧面的上矩形波导腔，设置在带状电子注通道左侧面的左侧斜波导腔；

其中，下矩形波导腔、右侧斜波导腔、上矩形波导腔、左侧斜波导腔依次连通，且在两个相连通的波导腔之间形成90°转折；

同一个周期内的下矩形波导腔和上矩形波导腔沿前后方向进行错位设置；右侧斜波导腔将本周期内的下矩形波导腔的右端部与本周期内的上矩形波导腔的右端部连通，左侧斜波导腔将本周期内的上矩形波导腔的左端部与下一周期内的下矩形波导腔的左端部连通；且，同一周期内的上矩形波导腔、下矩形波导腔、左侧斜波导腔、右侧斜波导腔各自面向带状电子注通道的一面分别与带状电子注通道对应的一侧连通。

本发明在普通耦合腔慢波结构的基础上，借鉴螺旋线慢波结构的几何特点，创新地提出了一种新型螺旋式开槽的矩形波导慢波结构。该结构从单个周期来看，其包括带状电子注通道，以及环绕在带状电子注通道四周的4个矩形波导（槽），其中左侧斜波导腔、右侧斜波导腔还具有倾斜角度，同时下矩形波导腔和上矩形波导腔沿前后方向进行错位设置，使得其连续连通时形成一个螺旋前进的转折波导，并关于带状电子注通道中心旋转对称。它的中心工作频点在0.22THz，不仅具有耦合腔慢波结构的高交互阻抗特性，而且比耦合腔慢波结构的带宽更宽。还波导是无介质支撑的封闭结构。这种新型结构的显著优点是在太赫兹波段易于制造，且具有散热性强、功率大、工作电压较低等特点。