[发明专利]一种紧凑型回旋行波管输入系统

说明书

该发明公开了一种紧凑型回旋行波管输入系统，涉及微波、毫米波器件技术领域。为了减小输入系统尺寸，进而减小回旋管整体尺寸，本发明提出一种紧凑型输入系统的设计方案。与其他类型的输入系统结构相比，本设计方案提出的输入系统采用单片扭波导结构将H面弯波导转换为E面弯波导，将输入系统的横向尺寸极大的减小，并且在7.45‑8.95GHz范围内实现S₁₁‑10dB，S210.45dB，完全满足回旋行波管设计的需求。

技术领域

本发明涉及微波、毫米波器件技术领域，一种紧凑型宽带回旋管输入系统的设计。

背景技术

传统的微波管向毫米波及亚毫米波发展时，需要更小的尺寸，加工难度增加，并且随着功率密度的加大，对材料、结构有更为苛刻的要求。基于电子回旋脉塞受激辐射机理的回旋行波管克服了这一系列难题。回旋行波管在毫米波段、亚毫米波段振荡和放大上具有卓越的性能，为毫米波、亚毫米波在雷达、通信、电子战、高功率微波武器、受控热核聚变、新型材料及高能物理等领域的应用开辟了广阔的前景，因此得到了快速的发展。回旋行波管由电子枪、高频互作用系统、收集极和电磁能量输入、输出系统构成。作为一种功率放大器，回旋行波管需连接信号源作为其前级输入驱动，输入系统便是将前级输入驱动信号注入到回旋行波管高频互作用系统的关键部件。输入系统的设计要求是将微波信号的能量在低反射、宽频带的情况下很好地耦合到回旋行波管的波导结构中。在实际工程应用中，回旋行波管需放置在特定的磁体系统的中心温孔中，由于磁体温孔的孔径限制，输入系统的结构需要紧凑。

回旋行波管的输入系统包含输入窗与输入耦合器。回旋行波管内部的高频互作用区域是工作于真空环境的，输入窗的作用是将回旋行波管的真空工作环境与空气隔绝。输入耦合器的作用是将矩形波导TE₁₀模转换为回旋行波管中的工作模式，它是一个三端口的器件，包含一个矩形波导端口和两个圆波导端口，矩形波导用于将驱动信号馈入到高频结构中，其中一个圆波导为截止端口防止微波信号进入电子枪，另外一个圆波导为输出端口，与高频互作用区域连接。

对于工作模式为TE₁₁模的回旋行波管，其输入系统通常是将TE₁₀波从侧壁馈入到圆波导中，采用H面弯波导来改变能量传输方向并与前级驱动连接起来。H面弯波导是基于矩形波导宽边扭转，其横向尺寸最小为矩形波导宽边长度，而E面弯波导是基于矩形波导窄边扭转的，其横向尺寸最小为矩形波导窄边长度，显而易见，E面弯波导的其横向尺寸要小于H面弯波导的其横向尺寸。本发明正是基于该原理，通过利用一种薄片扭波导将H面弯波导转换为E面弯波导，设计了一种紧凑型回旋行波管输入系统。

发明内容

为了减小输入系统尺寸，进而减小回旋管整体尺寸，本发明提出一种紧凑型输入系统的设计方案。与其他类型的输入系统结构相比，本设计方案提出的输入系统采用单片扭波导结构将H面弯波导转换为E面弯波导，将输入系统的横向尺寸极大的减小，并且在7.45-8.95GHz范围内实现S₁₁-10dB，S210.45dB，完全满足回旋行波管设计的需求。

本发明采用了如下技术方案：一种紧凑型回旋行波管输入系统，该系统包括：E面弯波导、扭波导、盒形窗、截止圆波导、输出圆波导；TE₁₀模依次经过E面弯波导、扭波导、盒形窗、输出圆波导；所述E面弯波导包括输入段和输出段，输入段和输出段都为矩形波导，夹角为90°，输入段平行于输出圆波导的输出方向；所述扭波导由两个带开口的正方柱形腔体和连接腔体组成，连接腔体为矩形，正方柱形腔体的开口处为正方柱形的一条柱，两个正方柱形腔体开口相对，且沿波传播方向的投影上下左右对称，通过连接腔体连接两个正方柱形腔体的开口；所述盒形窗包括完全对称的输入段和输出段，其输入段为矩形波导、圆波导，输出段为圆波导、矩形波导，输入段圆波导与输出段圆波导之间设置有密封结构；所述盒形窗输出段的矩形波导与输出圆波导的侧壁连接，输出圆波导的一端设置截止圆波导，另一端为输出口；E面弯波导的输出口为矩形，该矩形的边分别与扭波导中正方形的边平行或垂直；盒形窗输入段中矩形波导与E面弯波导输出段矩形波导垂直；E面弯波导输出段、扭波导、盒形窗连接是器中心重合。