一種平頂型正弦波導慢波結構的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種平頂型正弦波導慢波結構，在正弦波導慢波結構的基礎上，適當地壓縮窄邊尺寸b，壓縮的大小等于上下正弦線周期性帶狀起伏被削頂的高度，使得尺寸參數滿足：b<hb+2h，其中hb為帶狀電子注通道的高度，h為正弦線周期性帶狀起伏的高度。經測試，本發明平頂型正弦波導慢波結構具有更高的耦合阻抗值，同時色散特性得到了改善，這樣克服了傳統的耦合阻抗提高，而色散特性降低的缺陷，意味著電子注與電磁波的互作用能力增加，進而提高行波管的輸出功率、增益和互作用效率。
【專利說明】
一種平頂型正弦波導慢波結構
技術領域
[0001 ]本發明屬于真空電子技術領域，更為具體地講，涉及一種平頂型正弦波導慢波結構，適用于毫米波、太赫茲波段真空電子器件。
【背景技術】
[0002]太赫茲波是頻率介于微波和紅外波段之間的電磁波，其在高速率空間通信、超高分辨率武器制導、醫學成像、物質太赫茲光譜特征分析、安全檢查、材料檢測等等領域有著重要的研究價值和廣泛的應用前景。真空電子器件是能夠實現大功率太赫茲波輻射源的一種很有潛力的器件。行波管是在真空電子器件中應用比較廣泛的一類毫米波、太赫茲輻射源，它具有大功率、高效率、高增益、寬頻帶和長壽命等特點。慢波結構作為行波管的核心部件，直接決定了行波管的器件性能。
[0003]目前，在太赫茲波段行波管中主要研究的慢波結構主要有折疊波導、矩形交錯雙柵、雙排矩形柵齒等結構。由于在太赫茲波段的工作波長很短、慢波結構的結構尺寸較小，因此加工難度大、加工精度低，使得高頻系統的反射大、損耗大。在“適用于0.22THz行波管的正弦波導”(《電子器件快報》2011年，32卷，8號，1152-1154頁，作者:許雄，魏彥玉等)一文中研究了一種正弦波導慢波結構(如圖1所示)及與之匹配的一種均勻漸變的信號輸入、輸出耦合器，基于這種簡潔、均勻的漸變輸入、輸出耦合器，正弦波導高頻系統具有很小的反射、很低的傳輸損耗。然而，這種結構在電磁波傳輸方向上的電場強度相對較弱，因而其親合阻抗較小，從而導致正弦波導行波管的輸出功率、互作用效率較小、增益較低和飽和互作用長度較長等缺陷。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服現有技術中正弦波導耦合阻抗小，提出一種平頂型正弦波導慢波結構，以提高其耦合阻抗，改善色散特性，進而提高行波管的輸出功率、增益和互作用效率。
[0005]為實現上述發明目的，本發明平頂型正弦波導慢波結構，包括:
[0006]—正弦波導，其寬邊長度為a，窄邊長度為b，縱向(傳輸方向)上下為以寬邊為中心進行起伏的正弦線周期性帶狀起伏，正弦線周期性帶狀起伏的高度為h，正弦線周期性帶狀起伏的周期長度為P，正弦線周期性帶狀起伏的寬度為a;
[0007]上下正弦線周期性帶狀起伏之間為帶狀電子注通道，該帶狀電子注通道的寬度為正弦波導的寬邊長度a，高度為hb;
[0008]其特征在于，所述上下正弦線周期性帶狀起伏在帶狀電子注通道方向上的被削頂，變成平頂型，使得尺寸參數滿足:b<hb+2h。
[0009]本發明的目的是這樣實現的。
[0010]本發明平頂型正弦波導慢波結構，在正弦波導慢波結構的基礎上，適當地壓縮窄邊尺寸b，壓縮的大小等于上下正弦線周期性帶狀起伏被削頂的高度，使得尺寸參數滿足:b<hb+2h，其中hb為帶狀電子注通道的高度，h為正弦線周期性帶狀起伏的高度。經測試，本發明平頂型正弦波導慢波結構具有更高的耦合阻抗值，同時色散特性得到了改善，這樣克服了傳統的耦合阻抗提高，而色散特性降低的缺陷，意味著電子注與電磁波的互作用能力增加，進而提高行波管的輸出功率、增益和互作用效率。
【附圖說明】
[0011]圖1是現有技術的正弦波導慢波結構的結構示意圖；
[0012]圖2是本發明平頂型正弦波導慢波結構的一種【具體實施方式】結構示意圖；
[0013]圖3是正弦波導慢波結構與平頂型正弦波導慢波結構的色散特性比較圖；
[0014]圖4是正弦波導慢波結構與平頂型正弦波導慢波結構的耦合阻抗比較圖；
[0015]圖5是正弦波導慢波結構與平頂型正弦波導慢波結構的反射參數比較圖；
[0016]圖6是正弦波導慢波結構與平頂型正弦波導慢波結構的傳輸參數比較圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明的【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發明。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發明的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。
[0018]圖1是現有技術的正弦波導慢波結構的結構示意圖。
[0019]在本實施例中，現有技術的正弦波導慢波結構如圖1所示，a為波導寬邊長度，b為波導窄邊長度，h為正弦線周期性帶狀起伏的高度，P為正弦線的周期長度，正弦線周期性帶狀起伏的寬度為a。在本實施例中，在220GHz頻段，結構尺寸為(單位:mm):a = 0.77mm，b =0.57mm,p = 0.46mm，h = 0.215mm，hb = 0.14mm，即b = hb+2h。
[0020]圖2是本發明平頂型正弦波導慢波結構的一種【具體實施方式】結構示意圖。
[0021]在本實施例中，如圖2所示，本發明平頂型正弦波導慢波結構包括正弦波導I，其寬邊長度為a，窄邊長度為b，縱向(長度方向)上下為以寬邊為中心進行起伏的正弦線周期性帶狀起伏2，正弦線周期性帶狀起伏2的高度為h，正弦線周期性帶狀起伏2的周期長度為p，正弦線周期性帶狀起伏2的寬度為a;
[0022]上下正弦線周期性帶狀起伏2之間為帶狀電子注通道，該帶狀電子注通道的寬度為正弦波導的寬邊長度a，高度為hb;
[0023]本發明平頂型正弦波導慢波結構，圖2所示，在現有正弦波導慢波結構的基礎上，其他尺寸保持不變的情況下，適當的壓縮窄邊長度b，同時，對上下正弦線周期性帶狀起伏在帶狀電子注通道方向上進行削頂，使其變成平頂型，削頂部分的高度為hs，使得尺寸參數滿足:b〈hb+2h，即壓縮的部分等于上下削頂之和2hs，2hs = hb+2h_b。
[0024]在本實施例中，在220GHz頻段，本發明平頂型正弦波導慢波結構的結構尺寸為(單位:mm):a = 0.77mm，b = 0.50mm，p = 0.46mm, h = 0.215mm, hb = 0.14mm，hs = 0.035mm，即 b〈hb+2h，即窄邊長度b壓縮了 0.07mm，壓縮部分正是上下削頂之和2hs = 2 X 0.035mm=0.07mm。
[0025]在本實施例中，作為最佳方案，削頂部分的高度為hs= hb/4。
[0026]針對上述220GHz頻段的現有正弦波導慢波結構以及本發明平頂型正弦波導慢波結構，利用三維電磁仿真軟件HFSS進行計算，獲得其色散特性、耦合阻抗進出比較。同時，利用三維電磁仿真軟件CST對兩種慢波結構各85個周期進行模擬，獲得兩種慢波結構的反射參數和傳輸參數。仿真結果如圖3、圖4、圖5、圖6所示，其中，曲線1、曲線3、曲線5、曲線7分別是本發明平頂型正弦波導慢波結構的色散特性曲線、耦合阻抗曲線、反射參數曲線、傳輸參數曲線；曲線2、曲線4、曲線6、曲線8分別是現有正弦波導慢波結構的色散特性曲線、耦合阻抗曲線、反射參數曲線、傳輸參數曲線。
[0027]圖3是現有正弦波導慢波結構與本發明平頂型正弦波導慢波結構的色散特性比較圖。
[0028]在本實施例中，從圖3中的曲線I和曲線2相比較可知，本發明平頂型正弦波導慢波結構相比于現有正弦波導慢波結構，在相當寬的頻帶內(195?235GHz)，本發明平頂型正弦波導慢波結構的歸一化相速基本相同，而在高于235GHz的高頻段，本發明平頂型正弦波導慢波結構的歸一化相速略高，色散特性得到了改善。
[0029]圖4是現有正弦波導慢波結構與本發明平頂型正弦波導慢波結構的耦合阻抗比較圖。
[0030]在本實施例中，從圖4中的曲線3和曲線4相比較可以明顯的看出，相比于現有的正弦波導慢波結構，在相當寬的頻帶內(195?260GHz)，本發明所提供的平頂型正弦波導慢波結構具有更高的耦合阻抗值。說明本發明中平頂型正弦波導慢波結構的耦合阻抗值得到了有效地提高，同時，結合圖3，我們可以看出，在耦合阻抗提高的同時，色散特性沒有降低，反而有所改善，這意味著電子注與電磁波的互作用能力增加，進而提高行波管的輸出功率、增益和互作用效率。
[0031 ]圖5是正弦波導慢波結構與平頂型正弦波導慢波結構的反射參數比較圖。
[0032]在本實施例中，從圖5中的曲線5和曲線6相比較可知，相比于現有正弦波導慢波結構，在195?225GHz頻帶內，本發明平頂型正弦波導慢波結構的反射系數基本相當。在高于225GHz的頻帶內，本發明平頂型正弦波導慢波結構具有略低的反射參數。
[0033]圖6是正弦波導慢波結構與平頂型正弦波導慢波結構的傳輸參數比較圖。
[0034]在本實施例中，從圖6中的曲線7和曲線8相比較可知，相比于現有正弦波導慢波結構，在195?240GHz頻帶內，本發明平頂型正弦波導慢波結構的傳輸系數基本相當。在高于240GHz的頻帶內，本發明平頂型正弦波導慢波結構具有略高的傳輸參數，這意味著這種新型慢波結構具有與正弦波導慢波結構相當甚至更優良的傳輸特性。
[0035]結合圖5、圖6，我們可以看出，本發明平頂型正弦波導慢波結構相對現有正弦波導慢波結構，反射參數、傳輸參數都沒有太大影響，即性能沒有降低，本發明平頂型正弦波導慢波結構具有良好的性能。
[0036]盡管上面對本發明說明性的【具體實施方式】進行了描述，以便于本技術領域的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限于【具體實施方式】的范圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和范圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。
【主權項】
1.一種平頂型正弦波導慢波結構，包括:一正弦波導，其寬邊長度為a，窄邊長度為b，縱向(傳輸方向)上下為以寬邊為中心進行起伏的正弦線周期性帶狀起伏，正弦線周期性帶狀起伏的高度為h，正弦線周期性帶狀起伏的周期長度為p，正弦線周期性帶狀起伏的寬度為a； 上下正弦線周期性帶狀起伏之間為帶狀電子注通道，該帶狀電子注通道的寬度為正弦波導的寬邊長度a，高度為hb; 其特征在于，所述上下正弦線周期性帶狀起伏在帶狀電子注通道方向上的被削頂，變成平頂型，使得尺寸參數滿足:b<hb+2h。2.根據權利要求1所述的慢波結構，其特征在于，所述的削頂部分的高度為hs= hb/4。
【文檔編號】H01J23/28GK105869971SQ201610346019
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月23日
【發明人】張魯奇, 魏彥玉, 徐進, 丁沖, 王媛媛, 趙國慶, 岳玲娜
【申請人】電子科技大學