一種徑向對數螺旋波導慢波線及加工方法技術

本發明專利技術公開了一種徑向對數螺旋波導慢波線，包括一根雙脊波導，該雙脊波導在寬邊方向上，按照平面對數螺旋線旋轉，其內端口為電磁波輸入端口，外端口為電磁波輸出端口；在雙脊波導脊的中心位置挖出一個圓盤形通道，作為電子注傳輸及進行注-波互作用的通道。由于雙脊波導僅在電子注通道處寬度變窄，在保證所傳播電磁波的模式不變的情況下使徑向電場在通道口處更加集中，電子注通道中心處的電場比現有技術的徑向對數螺旋波導慢波線在相同位置處電場高約60%，從而大幅提高注-波互作用的強度；同時，由于雙脊波導本身具有比常規矩形波導寬的多的基模的帶寬，也比現有技術的徑向對數螺旋波導慢波線的工作帶寬寬的多，并且端口阻抗匹配更容易。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于微波真空電子器件
，更為具體地講，涉及行波管中的一種徑向對數螺旋波導慢波線及加工方法。
技術介紹
行波管作為微波頻段應用最為廣泛的電真空器件，在毫米波雷達、制導、通信、微波遙感、輻射測量等眾多領域具有突出的應用地位。由于其無可替代的寬頻帶特點，也成為各領域裝備中最重要的一種微波管。一支典型的行波管由電子槍、聚焦系統、慢波線(慢波結構)、輸入輸出裝置和收集極五部分組成。作為行波管的核心部件，慢波線的任務是傳輸高頻電磁行波并使電磁波的 相速降到同步速度，并實現電磁波對電子注的調制，從而使電子注交出直流能量放大高頻場，它的性能優劣直接決定了行波管的工作帶寬、輸出功率和效率等。目前，常用的慢波線主要有螺旋線及其變形結構、耦合腔及其變形結構。其中，螺旋線類行波管具有很寬的帶寬，可以達到幾個倍頻程，但是由于工藝問題，螺旋線主要用于Ka以下的頻段，在高頻端的應用受到很大限制；而耦合腔及其變形結構的梯形線具有很高的功率容量，可達數百瓦，并且可以應用于V及以上頻段，但是帶寬遠不及螺旋線。在W及以上頻段，耦合腔結構的另一種變形——曲折波導有著不錯的表現，它因為加工方便，功率容量大而受到了廣泛的關注，具有較好的應用前景。但是，對于常規行波管而言，隨著工作頻率的提高，慢波線的尺寸必須大幅減小，這會大幅縮減電子注通道的尺寸，而相應的電子槍就必須縮小，行波管的整體尺寸也因此減小，所以行波管自身體積不再是限制行波管應用的主要因素。相比之下，隨工作頻率升高而增大的工作電壓對行波管應用范圍的限制更為明顯。螺旋線行波管在S波段時工作電壓為4KV，而在Ka波段工作電壓為18KV，耦合腔類行波管的工作電壓也均為上萬伏。如此高的電壓需要龐大的電源來提供，這就對使用空間提出了嚴格的要求，這也是固態器件在低頻段能取代真空器件的重要因素之一。因此，尋求低電壓慢波線對降低行波管的成本、擴展行波管的應用領域有著極大的促進作用。對數螺旋慢波線是一種具有極低工作電壓的慢波線，它的工作電壓在百伏以內，對電源的需求極大降低。圖I是現有技術微帶型對數螺旋慢波線的平面示意圖。圖I中，a為螺旋微帶線的起始半徑，r為螺旋微帶線上一點的半徑^為螺旋微帶線上點對應的相位，w為螺旋微帶線的寬度。然而，已有的微帶型對數螺旋慢波線工作頻率較低，到目前為止，頻率最高的僅在Ku波段。這是因為隨著頻率的增加，微帶線的結構尺寸將變得很小，不僅對加工的工藝要求很高，也嚴重制約了行波管的功率容量?！皬较驅德菪▽ńY構”是申請人之前提出的一種可以工作在W及以上波段的波導慢波線，如圖2，它是由單根矩形波導2按對數螺旋線的方程沿寬邊繞成，電子注通道5開在寬邊的中心位置，I為陰極，3和4分別為輸入和輸出端口。該結構具有尺寸大，力口工簡單等特點，并且是全金屬結構，散熱性能良好，可以承受大的工作電流，因而具有較高的功率容量。但是仍然存在需要改進的地方①、電子注通道位置的場較弱，限制了注-波互作用的效率，這種限制在徑向束行波管中尤為顯著；因為徑向束行波管的電流是由位于中心的陰極向外發散，隨著半徑的增大，電流密度會很快減小，導致電子注的群聚減弱，從而影響注-波互作用，②、徑向對數螺旋波導慢波結構的帶寬也需要進一步拓展。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足，提供一種徑向對數螺旋波導慢波線，在降低高頻段行波管的工作電壓的同時，增強徑向束行波管的注-波互作用強度，拓展其帶寬，從而使行波管具有更低的成本和更寬的應用領域。為實現上述專利技術目的，本專利技術徑向對數螺旋波導慢波線，其特征在于，包括一根雙脊波導，該雙脊波導在寬邊方向上，按照平面對數螺旋線旋轉，其內端口為電磁波輸入端 口，外端口為電磁波輸出端口；在雙脊波導脊的中心位置挖出一個圓盤形通道，作為電子注傳輸及進行注-波互作用的通道。作為進一步改進，本專利技術還提供一種徑向對數螺旋波導慢波線的加工方法，將所述的徑向對數螺旋波導慢波線分成四部分來加工，在上下兩塊金屬板內側分別按順時針、逆時針徑向對數螺旋開相同深度和寬度的矩形槽，槽的深度均小于整塊金屬板的厚度，作為螺旋波導；在所述的上金屬板下方有一金屬板，在該金屬板上貫穿地按徑向對數螺旋開矩形口，所開矩形口的寬度小于上下金屬板所開矩形槽的寬度，并且所開矩形口的徑向對數螺旋中心線與上金屬板所開矩形槽的徑向對數螺旋中心線對齊；該金屬板與上金屬板按矩形口和矩形槽的徑向對數螺旋中心線對正壓緊；在所述的下金屬板上方有另一金屬板，在該金屬板上貫穿地按徑向對數螺旋開矩形口，所開矩形口的寬度小于上下金屬板所開矩形槽的寬度，并且所開矩形口的徑向對數螺旋中心線與下金屬板所開矩形槽的徑向對數螺旋中心線對齊；該金屬板與下金屬板按矩形口和矩形槽的徑向對數螺旋中心線對正壓緊；在上金屬板下方壓緊的金屬板與在下金屬板上方壓緊的金屬板上所開的矩形口深度相同，且上金屬板下方壓緊的金屬板與在下金屬板上方壓緊的金屬板之間有一定間距，作為電子注傳輸及進行注-波互作用的通道。本專利技術的專利技術目的是這樣實現的本專利技術徑向對數螺旋波導慢波線，包括一根雙脊波導，該雙脊波導在寬邊方向上，按照平面對數螺旋線旋轉，其內端口為電磁波輸入端口，外端口為電磁波輸出端口 ；在雙脊波導脊的中心位置挖出一個圓盤形通道，作為電子注傳輸及進行注-波互作用的通道。與現有的徑向對數螺旋波導慢波線相比，由于雙脊波導僅在電子注通道處寬度變窄，這樣可以在保證所傳播電磁波的模式不變的情況下使徑向電場在通道口處更加集中，實驗表明，本專利技術徑向對數螺旋波導慢波線的電子注通道中心處的電場比現有技術的徑向對數螺旋波導慢波線在相同位置處電場高約60%，從而大幅提高注-波互作用的強度；同時，由于雙脊波導本身具有比常規矩形波導寬的多的基模帶寬，而徑向對數螺旋慢波線的工作帶寬主要取決于慢波線的類型，所以本專利技術徑向對數螺旋波導慢波線的工作帶寬也比現有技術的徑向對數螺旋波導慢波線的工作帶寬寬的多，并且端口阻抗匹配更容易。附圖說明圖I是現有技術微帶型對數螺旋慢波線的平面示意圖；圖2是現有技術徑向對數螺旋波導慢波線的結構示意圖；圖3是本專利技術徑向對數螺旋波導慢波線結構示意圖；圖4是圖3所示的徑向對數螺旋波導慢波線的剖視圖；圖5是本專利技術徑向對數螺旋波導慢波線的徑向歸一化相速曲線； 圖6是本專利技術徑向對數螺旋波導慢波線與現有技術徑向對數螺旋波導慢波線電場幅值對比圖；圖7是徑向對數螺旋波導慢波線采用圓形徑向電子光學系統示意圖；圖8是本專利技術徑向對數螺旋波導慢波線的加工示意圖。具體實施例方式下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本專利技術。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本專利技術的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。圖3是本專利技術徑向對數螺旋波導慢波線結構示意圖。如圖3所示，徑向對數螺旋波導慢波線是一種沿徑向方向的準周期結構，由一根雙脊波導6在寬邊方向上，按照平面對數螺旋線旋轉得到，其內端口 3為電磁波輸入端口，外端口 4為電磁波輸出端口 ；在雙脊波導6脊的中心位置挖出一個圓盤形通道即電子注通道5，作為電子注傳輸及進行注-波互作用的通道。與現有的徑向對數螺旋波導慢波線相比，由于雙脊波導6僅在電子注通道5處寬度變窄，這樣可以在保證所傳播電磁波的模式本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種徑向對數螺旋波導慢波線，其特征在于，包括一根雙脊波導，該雙脊波導在寬邊方向上，按照平面對數螺旋線旋轉，其內端口為電磁波輸入端口，外端口為電磁波輸出端口；在雙脊波導脊的中心位置挖出一個圓盤形通道，作為電子注傳輸及進行注？波互作用的通道。

【技術特征摘要】
1.一種徑向對數螺旋波導慢波線，其特征在于，包括一根雙脊波導，該雙脊波導在寬邊方向上，按照平面對數螺旋線旋轉，其內端口為電磁波輸入端口，外端口為電磁波輸出端Π ； 在雙脊波導脊的中心位置挖出一個圓盤形通道，作為電子注傳輸及進行注-波互作用的通道。2.—種權利要求I所述的徑向對數螺旋波導慢波線的加工方法，其特征在于，將所述的徑向對數螺旋波導慢波線分成四部分來加工，在上下兩塊金屬板內側分別按順時針、逆時針徑向對數螺旋開相同深度和寬度的矩形槽，槽的深度均小于整塊金屬板的厚度，作為螺旋波導； 在所述的上金屬板下方有一金屬板，在該金屬板上貫穿地按徑向對數螺旋開矩形口，所開矩形口的寬度小于上下金屬板所開矩形槽的寬度，并且所開矩形口的徑向對數螺旋中心線與上金屬板所開矩形槽的徑向對數螺旋中心線對齊...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王少萌，宮玉彬，侯艷，魏彥玉，段兆云，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：