[发明专利]一种小型化高耦合阻抗的互补开口谐振环慢波结构有效

专利信息
申请号: 201910789380.4 申请日: 2019-08-26
公开(公告)号: CN110620027B 公开(公告)日: 2020-10-23
发明(设计)人: 段兆云;王新;罗恒宇;张宣明;江胜坤;王战亮;巩华荣;宫玉彬 申请(专利权)人: 电子科技大学
主分类号: H01J23/24 分类号: H01J23/24
代理公司: 电子科技大学专利中心 51203 代理人: 邓黎
地址: 611731 四川省成*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 小型化 耦合 阻抗 互补 开口 谐振 环慢波 结构
【说明书】:

本发明公开了一种小型化高耦合阻抗的互补开口谐振环慢波结构,属于真空微波电子、加速器和切伦科夫粒子探测器等技术领域。该慢波结构包括金属圆波导和其内部沿轴线填充的CSRR单元阵列,其中互补开口谐振环具有较强的谐振特性,可以通过改变互补开口谐振环的横向尺寸实现任意的工作频率。本发明的慢波结构与同频段(S波段)的传统慢波结构相比,其横截面积只有同频段传统耦合腔慢波结构的1/8~1/9,而耦合阻抗为S波段传统耦合腔慢波结构的2~4倍。由于该慢波结构具有小型化和高耦合阻抗的特点,故本发明能够应用于小型化、高效率和高功率的线性注真空电子器件、加速器和切伦科夫粒子探测器等领域当中。

技术领域

本发明属于真空微波电子器件、加速器和切伦科夫粒子探测器等技术领域,具体涉及一种具有小型化和高耦合阻抗的互补开口谐振环慢波结构。

背景技术

真空电子器件由于其独特的功率、效率、带宽和增益的优势,成为加速器、微波加热、通讯、雷达、电子战和高功率微波武器等领域的核心器件。而行波管作为应用最广泛的真空电子器件,被广泛的应用于航空航天、医疗、工业和粒子探测技术等方面。慢波结构作为行波管的核心部分,其特性直接决定了行波管的整体性能,包括工作带宽、电子效率、增益和输出功率等。传统的螺旋线慢波结构和耦合腔慢波结构被广泛的应用于各类型的行波管当中,并在带宽和功率容量上各有优势。然而,随着科学技术的不断发展,特别是半导体器件的高速发展,除了传统的带宽、功率、效率和增益等目标参数以外,结构的小型化和易集成化也逐渐成为真空电子器件的一个重要指标。而基于传统慢波结构的真空电子器件在小型化和电子效率上受到尺寸共渡效应和结构中特定模式分布的制约,在与半导体器件相互集成的方向上面临着巨大的挑战。

常规的真空电子器件的尺寸受到尺寸共渡效应的限制,其横向直径或长度约为半个波长。以典型的S波段3GHz的耦合腔行波管为例,其耦合腔的半径约为22mm,波长直径比λ/D(用于表征器件横向尺寸的量,比值越大说明器件的小型化越明显)为2.27;另一方面,耦合腔行波管相对于螺旋线行波管带宽窄而耦合阻抗相对较高,从而在注波互作用过程中具有高的电子效率和输出功率。即便如此,耦合腔行波管的耦合阻抗也不会超过1000Ω(典型值为300-500Ω)(V.L.Christie,L.Kumar,and N.Balakrishnan,“Improved equivalentcircuit model of practical coupled-cavity slow-wave structures for TWTs,”Microw.Opt.Technol.Lett.,vol.35,no.4,pp.322-326,2002.)。2014年,电子科大的发明专利(段兆云,王彦帅,黄祥等,一种小型全金属慢波器件,申请号:201410280414)在S波段实现了一种全金属的慢波器件,其横向尺寸为传统耦合腔行波管的1/2~1/3,耦合阻抗约为1200欧姆,与传统的耦合腔慢波结构相比,在横向尺寸和耦合阻抗方面具有一定的优势。本发明专利与传统耦合腔慢波结构相比,在尺寸上的小型化极为明显(其横截面积为S波段传统耦合腔慢波结构的1/9),并且具有更高的耦合阻抗(超过1900欧姆,为S波段传统耦合腔慢波结构2~4倍)。即使与现阶段的全金属小型化慢波结构相比,本发明专利的小型化和高耦合阻抗的优势也极为突出。

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