[实用新型]宽频带毫米波能量耦合器

说明书

本实用新型是一种用作毫米波返波管重要部件的宽频带毫米波能量耦合器，属于毫米波真空电子器件技术领域。

毫米波真空电子器件的工作频带主要取决于高频电路的尺寸和能量耦合器的匹配频带。对宽频带毫米波行波管和返波管而言，通常要求能量耦合器的匹配频带宽于管子的工作频带，且其耦合损耗要小。鉴于毫米波频率很高，为减小传输损耗，一般需采用波导系统，而在毫米波段实现宽频带的波导耦合，无论在理论上，还是结构和制造方面，都有相当大的难度，使毫米波行波管和返波管的应用受到了限制。

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种适合于陶瓷——金属管壳、螺旋线慢波电路的宽频带毫米波能量耦合器，其工作频率可复盖八毫米波段。

本实用新型采用波导型能量耦合器，由螺旋线、同轴线、输出波导、输出窗和耦合器方块组成，同轴线由介质（3）和其中的封接针（2）构成，输出窗由封接针和陶瓷窗（9）封接而成，并与返波管的金属管壳（7）和漂移管（10）焊接，封接针下端与返波管内螺旋线（8）相焊接，上端套以介质，并插入输出波导（1）构成激励天线，输出波导固定在耦合器方块（4）上。高频能量沿螺旋线传输，直接耦合到同轴线，同轴线内导体（封接针）作为天线伸入输出波导，在输出波导中激励TE₁₀波，从而完成能量耦合作用。为了便于调节匹配，输出波导内需设置一个短路活塞（5）。

本实用新型与现有技术相比，具有结构紧凑，机械强度好，调节匹配频率容易而快速和匹配频带宽等优点，制作方便，重复性好，适合于大量生产，在26.5～40GHz频率范围内，驻波比可小于2.2，耦合损耗可小于3dB，在八毫米返波管中试用，其性能良好。

图1为本实用新型的结构示意图：图2为图1中AA剖面图。

本实用新型可采取附图所示的方案实现。图1中夹持杆（6）用作固定螺旋线，封接针（2）伸入输出波导（1）的长度d可由天线辐射电阻R_d确定。根据偶极子天线的辐射源理论可得：

R d = d 2 ab μ ϵ sin ( πt a ) 1 - ( λ / λ c ) 2 ]]>

设天线辐射系数为a，则：

a＝ 2/(π) (2d²)/(b²) sin（ (πt)/(a) ）而R_d＝ (a)/2 Z_eff，

其中Z_eff是按电压电流定义的波导阻抗，a和b分别是波导截面的宽边和窄边，t是天线与波导壁之间的距离，λ为波长，λ_C为波导的截止波长，μ为真空导磁率，ε为真空介电常数，同轴线的尺寸可根据同轴线阻抗应等于螺旋线（8）输入阻抗的匹配条件来确定。同轴线在输出波导宽边上的位置，即封接针（2）与波导中心线的偏心距C的大小，C越大，匹配频带越宽，但受到同轴线尺寸的限制，以同轴线介质不超出波导内壁为限。螺旋线拨直段S，同轴线介质（3）伸入波导的长度h，漂移管（10）与螺旋线间距离l，短路活塞（5）与封接针间的距离1，对匹配频带均有影响，可通过试验调整确定。为了保证封接质量，封接针与陶瓷窗之间采用平封结构，封接针的直径可为0.25～0.35mm，例如取0.3mm。封接针、陶瓷窗和耦合器方块的尺寸根据金属管壳尺寸设计，同轴线介质可选用聚四氟乙烯，按照常规真空电子器件工艺进行陶瓷窗——封接针的封接和漂移管——陶瓷窗——管壳的封接，将螺旋线拨直段与封接针下端点焊，调节短路活塞位置，以达到最佳的匹配性能。