[发明专利]一种变螺距变内径的新型螺旋线慢波结构

说明书

本发明提供一种变螺距变内径的螺旋线慢波结构，属于真空电子技术领域。该慢波结构通过特定地变化螺旋线的内径和螺距，使得返波振荡和高次谐波被抑制，并得到了较高的行波管效率，在Q波段输出功率饱和时电子效率能达到16％，输出功率回退6dB时电子效率能达到4％。

技术领域

本发明属于真空电子技术领域，具体涉及一种变螺距变内径的新型螺旋线慢波结构。

背景技术

随着电子通信技术的快速发展，通信系统对功率放大器件的频率和效率的要求越来越高，半导体器件由于自身散热问题、频率、效率、功率等的限制，目前难于满足未来通信系统的迫切需求，而行波管这类真空电子器件在这方面具有较大的优势。行波管作为一种末级功率放大器，广泛应用在雷达、电子对抗、通信、精确制导等电子装备中。

衡量行波管性能好坏的一个重要标准为行波管效率的高低。在未来通信系统中，由于功率放大器一般工作在线性区而不是饱和点，因此需要高频功率放大器在输出功率回退6dB时应同样具有高效率。研究者们采取了一系列不同的技术来提高行波管的效率。就目前而言，主要有以下两种方法：第一种是速度再同步技术；第二种是降压收集极技术。速度再同步技术指的是注波互作用趋于稳定时，通过改变相速度或者电子注速度来减小电子注与高频行波场之间必要的速度差，以此重新激励起有效注波互作用的一种技术。目前这种技术主要通过相速渐变法、相速跳变法和电压跳变法三种方法实现，考虑到加工实现的难度，尤其是在高频段情况下，相比于电压跳变，相速跳变和渐变是更加有效且容易实现的速度再同步方式。

Q波段螺旋线行波管由于其频率高、带宽宽、信号传输速率高的优点，将在未来通信系统中具有重要应用前景。针对螺旋线慢波结构，传统方法主要是通过螺距跳变和渐变，使得高频电磁场相速产生相应跳变和渐变来实现速度再同步，从而提高行波管的效率。然而，单纯的螺距变化的螺旋线慢波结构一方面很难抑制行波管存在的大功率返波振荡，无法保证行波管稳定工作；另一方面，该方法在提升行波管效率方面仍然不能满足未来通信系统对于输出功率回退6dB的效率需求。如专利CN20669744U公开了一种包含多渐变段的螺旋线行波管的慢波结构及其高频结构，其输入段和输出段的螺距均有改变，但其在Q波段43.5-46.5GHz的饱和电子效率为10.11％；2016年电子科技大学王凡的硕士学位论文“8-18GHz大功率螺旋线行波管的研究”中讨论了一种变螺距且变内径的螺旋线行波管，但其频段较低，仅是利用变内径结构来抑制返波振荡，而且与本专利所提出的变螺距变内径的办法完全不同。

因此，能够用于实现Q波段行波管高效率且有效抑制返波振荡的螺旋线慢波结构是亟需解决的关键问题。

发明内容

针对背景技术所存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种变螺距变内径的新型螺旋线慢波结构。该慢波结构通过变化螺旋线的内径和螺距，使得返波振荡和高次谐波被抑制，并得到了较高的行波管效率，同时在输出功率回退6dB时也具有较高的效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种变螺距变内径的螺旋线慢波结构，包括螺旋线、衰减器、夹持杆和管壳；其中，螺旋线由三根分布均匀的夹持杆固定，夹持杆另一端固定于管壳上；

所述螺旋线包括输入段、输出段和切断区；所述切断区位于输入段与输出段之间，用于切断反馈途径；

所述衰减器包括集中衰减器和分布衰减器；其中，集中衰减器设置于切断区的两侧，用于吸收反射波以及返波，分布衰减器设置于输入段区间，其作用为吸收反射波和返波；

所述输入段的螺距固定，内径渐变，且起始端处内径S₁与切断区内径S₂满足关系式S₁＝1.0769S₂，电子注经过输入段的速度调制和密度调制后在输入段末端实现电子群聚，建立增长波；