專利名稱：一種v型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于微波真空電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及行波管放大器件。
背景技術(shù)：
行波管是真空電子學(xué)領(lǐng)域內(nèi)最為重要的一類微波、毫米波源，具有大功率、高 效率、高增益、寬頻帶和長壽命的特點，廣泛應(yīng)用于毫米波雷達、制導(dǎo)、通信、微波遙 感、輻射測量等領(lǐng)域，其性能直接決定著裝備的水平。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，我國航天工程和新一代衛(wèi)星迫切需求大量具有 寬頻帶、高效率、重量輕、體積小的毫米波源。然而，與固態(tài)器件相比，現(xiàn)階段的行波 管雖然功率大、帶寬寬，但是體積龐大且非常笨重，無法滿足裝備系統(tǒng)對體積和重量的 要求；而固態(tài)器件雖然具有體積小、重量輕的優(yōu)點，但其功率較小、帶寬較窄，又無法 滿足裝備系統(tǒng)對功率和帶寬的要求。這是由它們不同的工作機理所決定，由于固態(tài)器件 中，電子在固體媒介運動，運動過程中會受到各種粒子的碰撞，故電子的漂移速度受到 很大的限制，所以在大功率方面的應(yīng)用受到了很大的限制；而行波管中，電子的運動媒 質(zhì)為自由空間，速度快，采用了電子注和微波場在自由空間的作用原理，可以產(chǎn)生更大 的功率。然而隨著工作頻率的升高，特別是在短毫米波波段甚至是太赫茲波段，器件的 尺寸將變得很小，傳統(tǒng)的螺旋線和耦合腔行波管將難以加工，螺旋線行波管目前也只能 工作在60GHz以下，而耦合腔行波管的精密加工以及裝配都面臨著巨大的困難和挑戰(zhàn)。 因此，開展可工作在高頻率波段的新型慢波線行波管的研究十分必要。微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)是一類新型可適用于帶狀電子束傳輸?shù)钠矫媛ńY(jié)構(gòu)?，F(xiàn) 有的直角型微帶曲折線，如圖1所示，包括位于金屬底板3上面的介質(zhì)層2和位于介質(zhì)層 2表面的平面金屬線1，其中平面金屬線1在介質(zhì)平板2上呈直角彎曲形狀周期性排列下 去，形成平面慢波電路。加工方面可采用成熟的微加工工藝(如光刻、化學(xué)氣相沉積等 技術(shù))，因而管子體積小、重量輕，而且造價低、加工方便。直角型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu) 采用帶狀電子束4與波進行互作用，如圖2所示。該類慢波結(jié)構(gòu)的行波管具有寬頻帶、 大電流和低工作電壓等特點，其是一種很有潛力的微小型毫米波行波管，在相應(yīng)的電子 系統(tǒng)以及寬帶毫米波通訊等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。但是，直角型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)行波管的工作頻帶相對較窄，而耦合阻抗比 較小，從而限制了其應(yīng)用發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容為了在同等尺寸下提高微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)的工作頻帶，并提高其耦合阻抗， 本實用新型提出了一種V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)，能夠進一步滿足裝備系統(tǒng)對該類器件 在工作帶寬、輸出功率、重量和體積方面的需求。本實用新型所采用的技術(shù)方案是一種V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)，如圖3、4所示，包括由金屬底板3、介質(zhì)層2和平面金屬線1形成的微帶傳輸線結(jié)構(gòu)。所述介質(zhì)層2位于金屬底板3與平面金屬線1之 間；所述平面金屬線1由多段形狀和尺寸相同的平面金屬線段首尾相連形成曲折結(jié)構(gòu)； 其中相鄰兩段平面金屬線段構(gòu)成“V”字形或倒“V”字形，“V”字形或倒“V”字 形夾角(2Θ)小于180度。上述技術(shù)方案具體包括以下兩種技術(shù)方案(一)第一技術(shù)方案 一種V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)，如圖3所示，包括由金屬底板3、介質(zhì)層2和 平面金屬線1形成的微帶傳輸線結(jié)構(gòu)。所述介質(zhì)層2位于金屬底板3與平面金屬線1之 間，其形狀與金屬底板3相同。所述平面金屬線1由多段形狀和尺寸相同的平面金屬線段 首尾相連形成曲折結(jié)構(gòu)；其中相鄰兩段平面金屬線段構(gòu)成“V”字形或倒“V”字形，
“V”字形或倒“V”字形夾角(2 θ )小于180度。(二)第二技術(shù)方案一種V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)，如圖4所示，包括由金屬底板3、介質(zhì)層2和平 面金屬線1形成的微帶傳輸線結(jié)構(gòu)。所述介質(zhì)層2位于金屬底板3與平面金屬線1之間， 其形狀與平面金屬線1相同。所述平面金屬線1由多段形狀和尺寸相同的平面金屬線段 首尾相連形成曲折結(jié)構(gòu)；其中相鄰兩段平面金屬線段構(gòu)成“V”字形或倒“V”字形，
“V”字形或倒“V”字形夾角(2 θ )小于180度。定義上述兩種V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)的尺寸如下介質(zhì)層材料2的介電常數(shù) 為ε，介質(zhì)層厚度為h，介質(zhì)層寬度為a，平面金屬線1的線寬為w，相鄰兩段平面金屬 線段構(gòu)成“V”字形或倒“V”字形寬度為p，“V”字形或倒“V”字形夾角為2Θ。上述兩種V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)，包括以下各種形式的變形結(jié)構(gòu)1)相鄰兩 段平面金屬線段構(gòu)成“V”字形或倒“V”字形夾角相等；2)相鄰兩段平面金屬線段構(gòu) 成“V”字形或倒“V”字形夾角遞增；3)相鄰兩段平面金屬線段構(gòu)成“V”字形或倒
“V”字形夾角遞減；4)相鄰兩段平面金屬線段構(gòu)成“V”字形或倒“V”字形夾角隨 機變化。本實用新型提供的V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)，同樣采用采用帶狀電子束4與波進 行互作用(如圖2所示)。經(jīng)仿真證明，本實用新型提供的V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)同 現(xiàn)有的直角型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)相比，在具有寬頻帶、大電流和低工作電壓等特點的 同時，具有更寬的工作頻帶和更高的耦合阻抗。其中介質(zhì)層2與平面金屬線1形狀相同 的V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)(上述第二技術(shù)方案)比介質(zhì)層2與金屬底板3形狀相同的V 型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)(上述第一技術(shù)方案)，在相同的尺寸條件下能夠進一步提高微帶 曲折線慢波結(jié)構(gòu)的工作帶寬、耦合阻抗和輸出功率。
圖1是現(xiàn)有直角型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是加載帶狀電子束的直角型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3是本實用新型提供的一種V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實用新型提供的另一種V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實用新型提供的V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)中，單元結(jié)構(gòu)的二維尺寸標注圖。圖6是直角型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)和本實用新型提供的兩種V型微帶曲折線慢波 結(jié)構(gòu)的色散特性比較圖。圖7是直角型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)和本實用新型提供的兩種V型微帶曲折線慢波 結(jié)構(gòu)的耦合阻抗比較圖。在圖6和圖7中曲線6和曲線9分別是直角型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)的色散特性 曲線和耦合阻抗曲線，曲線7和曲線10分別是本實用新型提供的第一種V型微帶曲折線 慢波結(jié)構(gòu)的色散特性曲線和耦合阻抗曲線，曲線8和曲線11分別是本實用新型提供的第 二種V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)的色散特性曲線和耦合阻抗曲線。 具體實施方案實施方式一一種V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)，如圖3所示，包括由金屬底板3、介質(zhì)層2和 平面金屬線1形成的微帶傳輸線結(jié)構(gòu)。所述介質(zhì)層2位于金屬底板3與平面金屬線1之 間，其形狀與金屬底板3相同。所述平面金屬線1由多段形狀和尺寸相同的平面金屬線段 首尾相連形成曲折結(jié)構(gòu)；其中相鄰兩段平面金屬線段構(gòu)成“V”字形或倒“V”字形，
“V”字形或倒“V”字形夾角(2 θ )小于180度。實施方式二 一種V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)，如圖4所示，包括由金屬底板3、介質(zhì)層2和平 面金屬線1形成的微帶傳輸線結(jié)構(gòu)。所述介質(zhì)層2位于金屬底板3與平面金屬線1之間， 其形狀與平面金屬線1相同。所述平面金屬線1由多段形狀和尺寸相同的平面金屬線段 首尾相連形成曲折結(jié)構(gòu)；其中相鄰兩段平面金屬線段構(gòu)成“V”字形或倒“V”字形，
“V”字形或倒“V”字形夾角(2 θ )小于180度。在確定相鄰兩段平面金屬線段構(gòu)成“V”字形或倒“V”字形夾角相等(周期 性結(jié)構(gòu))，同時確定上述兩種實施方式的相關(guān)尺寸(單位mm) a = 0.72、b = 0.36、 ρ = 0.07、h = 0.1、w = 0.02和介質(zhì)層2的介電常數(shù)ε = 4的條件下，得到兩種具體的 V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)。將這兩種具體的V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)與相同尺寸下的直 角型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)利用三維電磁仿真軟件進行仿真，獲得它們的色散特性和耦合 阻抗，仿真結(jié)果如圖6和圖7所示。其中，曲線6和曲線9分別是直角型微帶曲折線慢 波結(jié)構(gòu)的色散特性曲線和耦合阻抗曲線，曲線7和曲線10分別是第一種V型微帶曲折線 慢波結(jié)構(gòu)的色散特性曲線和耦合阻抗曲線，曲線8和曲線11分別是第二種V型微帶曲折 線慢波結(jié)構(gòu)的色散特性曲線和耦合阻抗曲線。從圖6中曲線6、曲線7、曲線8比較可知相比于直角型微帶曲折線慢波結(jié) 構(gòu)，V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)的色散曲線更平坦，能工作的頻帶范圍有很大幅度的提 升；而兩種V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)相比，第二種V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)能工作的頻 帶范圍又有了很大幅度的提升。從圖7中曲線9、曲線10、曲線11的比較可以明顯看出相比于直角型微帶曲 折線慢波結(jié)構(gòu)，V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)在高頻端的耦合阻抗更高；而兩種V型微帶曲 折線慢波結(jié)構(gòu)相比，第二種V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)的耦合阻抗又有了明顯的提高。[0032] 綜合圖6和圖7可知，在同等結(jié)構(gòu)尺寸和工藝條件下，本實用新型提供的V型微 帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)能夠工作于更高的頻段、具有更寬的工作帶寬，同時還具有更高的 偶 合阻抗、可獲得更高的輸出功率。
權(quán)利要求1. 一種V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)，包括由金屬底板(3)、介質(zhì)層(2)和平面金屬線 (1)形成的微帶傳輸線結(jié)構(gòu)；其特征在于，所述介質(zhì)層(2)位于金屬底板(3)與平面金屬 線(1)之間；所述平面金屬線(1)由多段形狀和尺寸相同的平面金屬線段首尾相連形成曲‘V”字形或倒“V”字形，‘V”字形或倒折結(jié)構(gòu)；其中相鄰兩段平面金屬線段構(gòu)成 “V”字形夾角2 θ小于180度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述介質(zhì)層(2)的 形狀與金屬底板(3)相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述介質(zhì)層(2)的 形狀與平面金屬線(1)相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述相鄰兩段 平面金屬線段構(gòu)成“V”字形或倒“V”字形夾角相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述相鄰兩段 平面金屬線段構(gòu)成“V”字形或倒“V”字形夾角遞增。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述相鄰兩段 平面金屬線段構(gòu)成“V”字形或倒“V”字形夾角遞減。
專利摘要一種V型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)，屬于微波真空電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及行波管放大器件。包括由金屬底板(3)、介質(zhì)層(2)和平面金屬線(1)形成的微帶傳輸線結(jié)構(gòu)；其特征在于，所述介質(zhì)層(2)位于金屬底板(3)與平面金屬線(1)之間；所述平面金屬線(1)由多段形狀和尺寸相同的平面金屬線段首尾相連形成曲折結(jié)構(gòu)；其中相鄰兩段平面金屬線段構(gòu)成“V”字形或倒“V”字形，“V”字形或倒“V”字形夾角2θ小于180度。所述介質(zhì)層(2)的形狀可與金屬底板(3)相同或與平面金屬線(1)相同。本實用新型同現(xiàn)有的直角型微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)相比，具有更寬的工作頻帶和更高的耦合阻抗，能夠進一步滿足裝備系統(tǒng)對該類器件在工作帶寬、輸出功率、重量和體積方面的需求。
文檔編號H01J23/24GK201796850SQ20102025949
公開日2011年4月13日 申請日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者宮玉彬, 段兆云, 殷海榮, 沈飛, 王文祥, 魏彥玉 申請人:電子科技大學(xué)