[发明专利]一种余弦栅加载类正弦波导慢波结构

说明书

本发明公开了一种余弦栅加载类正弦波导慢波结构，在现有平顶型正弦波导慢波结构基础上，使被削顶部分在宽边方向为一个周期的余弦起伏，形成一个余弦栅，即在正弦波导的上波谷和下波峰之间加载余弦栅。经测试，本发明余弦栅加载类正弦波导慢波结构具有更高的耦合阻抗值，电磁场在电子注通道中心区域更为集中，电子注通道两侧空间较大，在行波管注波互作用时能有效降低磁场，同时高频传输特性得到了极大改善，意味着电子注与电磁波的互作用能力增加，进而提高行波管的输出功率、增益和互作用效率。

技术领域

本发明属于真空电子技术领域，更为具体地讲，涉及一种余弦栅加载类正弦波导慢波结构。

背景技术

开发太赫兹频段内的电磁频谱资源是当今电子科学与技术领域的前沿研究方向之一。太赫兹频段的电磁波在科学研究、通信装备及国民经济等众多领域有着重要的研究价值和广泛的应用前景。真空电子器件是能够实现大功率太赫兹波辐射源的一种很有潜力的器件。行波管和返波管是在真空电子器件中应用比较广泛的一类毫米波、太赫兹辐射源，其中行波管是在军事装备、卫星通讯等方面应用最广泛的器件，具有工作带宽宽、电子效率高、输出功率相对较大等优点。慢波结构作为行波管的核心部件，直接决定了行波管的器件性能。

目前，在太赫兹波段行波管中主要研究的慢波结构有折叠波导、矩形交错双栅、耦合腔等结构。由于在太赫兹波段的工作波长很短，因为尺寸共渡的原因，导致慢波结构的结构尺寸较小，因此加工难度大、加工精度低。

如图1所示，在2017年11月21日授权公告的、公告号为CN105869971B的中国发明专利公开了《一种平顶型正弦波导慢波结构》，在正弦波导慢波结构的基础上，适当地压缩窄边尺寸b，压缩的大小等于上下正弦线周期性带状起伏被削顶的高度，使得尺寸参数满足：bh_b+2h，其中h_b为带状电子注通道的高度，h为正弦线周期性带状起伏的高度。经测试，该平顶型正弦波导慢波结构具有更高的耦合阻抗值，同时色散特性得到了改善，这样克服了传统的耦合阻抗提高，而色散特性降低的缺陷，意味着电子注与电磁波的互作用能力增加，进而提高行波管的输出功率、增益和互作用效率。

常规正弦波导高频系统通过连接一段与之匹配的一种均匀渐变的信号输入、输出耦合器，可以使其具有非常小的反射和很低的高频损耗。然而，这种结构在电磁波传输方向上的电场强度相对较弱，因而其耦合阻抗较小，从而导致正弦波导行波管的输出功率、互作用效率较小、增益较低和饱和互作用长度较长等缺陷。因此研制出新的耦合阻抗更高且高频损耗低的慢波结构就具有及其重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种余弦栅加载类正弦波导慢波结构，以提高其耦合阻抗，改善高频损耗特性，进而提高行波管的输出功率、增益和互作用效率。

为实现上述发明目的，本发明余弦栅加载类正弦波导慢波结构，包括：

一正弦波导，其宽边长度为a，窄边长度为b，纵向(传输方向)上下为以宽边为中心进行起伏的正弦线周期性带状起伏，正弦线周期性带状起伏的高度为h，正弦线周期性带状起伏的周期长度为p，正弦线周期性带状起伏的宽度为a；

上下正弦线周期性带状起伏之间为带状电子注通道，该带状电子注通道的宽度为正弦波导的宽边长度a；

上下正弦线周期性带状起伏在带状电子注通道方向上被削顶，被削顶部分在带状电子注通道方向上为直线型(没有起伏)；

其特征在于：

所述上下正弦线周期性带状起伏被削顶部分在宽边方向为一个周期的余弦起伏，形成一个余弦栅(上正弦线周期性带状起伏上形成的余弦栅为上余弦栅，下正弦线周期性带状起伏上形成的余弦栅为下余弦栅)，其周期与宽边长度相同为a，起伏幅度为h2；