專(zhuān)利名稱(chēng)：一種采用圓弧體“v”形波狀微帶曲線(xiàn)的慢波器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波真空電子技術(shù)領(lǐng)域中用于組成行波管及振蕩器用的慢波器件，特別是一種采用圓弧體“V”形波形狀微帶曲線(xiàn)的慢波器件。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代行波管已成為雷達(dá)、電子對(duì)抗、衛(wèi)星通信、導(dǎo)航、遙感等電子設(shè)備的重要微波電子器件。慢波器件作為行波管中進(jìn)行注-波互作用以激勵(lì)放大微波毫米波能量的部件，是行波管的核心，其性能直接決定著行波管的技術(shù)水平。在行波管中，使用最為廣泛的慢波結(jié)構(gòu)為螺旋線(xiàn)及其耦合腔。螺旋線(xiàn)的色散特性平坦，工作頻帶寬，在行波管中得到了廣泛的應(yīng)用；但是由于螺旋線(xiàn)的散熱能力有限，導(dǎo)致螺旋線(xiàn)行波管的平均輸出功率低，特別是當(dāng)螺旋線(xiàn)行波管工作在毫米波段時(shí)，由于螺旋線(xiàn)的橫向尺寸較小，散熱性更差，功率容量更小，帶寬亦較窄；此外，由于毫米波耦合腔慢波結(jié)構(gòu)尺寸很小，加工和裝配精度要求高，因而成品率低、成本較高，其應(yīng)用范圍受到限制。微帶曲(折)線(xiàn)慢波器件是一類(lèi)新型的可適用于帶狀電子束傳輸?shù)钠矫媛ㄆ骷?。該?lèi)器件由于可以采用成熟的微加工工藝(如光刻、化學(xué)氣相沉積等技術(shù))進(jìn)行加工，因而慢波器件的體積小、重量輕，加工方便，造價(jià)較低?，F(xiàn)有的“V”形波狀微帶曲線(xiàn)慢波器件，如圖1所示，包括一個(gè)矩形金屬殼體(波導(dǎo))1，一個(gè)設(shè)于矩形波導(dǎo)中的絕緣介質(zhì)基底3，以及一個(gè)位于絕緣介質(zhì)基底上表面的形狀如“V”形波狀的平面金屬曲線(xiàn)(平面慢波曲線(xiàn))2 ;該“乂”形波狀微帶線(xiàn)慢波器件工作時(shí)采用帶狀電子束4與電磁波進(jìn)行互作用，具有寬頻帶、電流大和工作電壓較低等特點(diǎn)。但是該慢波器件一是需要采用帶狀電子束進(jìn)行工作，而用來(lái)產(chǎn)生帶狀電子束的電子槍的加工和裝配精度要求極高、很難制作，而且?guī)铍娮邮木劢辜夹g(shù)也不成熟，帶狀電子束的傳輸較差，電子很容易打到慢波結(jié)構(gòu)上引起二次電子發(fā)射，使互作用效率降低，甚至?xí)龤ㄆ骷?；二是絕緣介質(zhì)基底的面積與矩形波導(dǎo)內(nèi)腔底面積相同，因而設(shè)于絕緣介質(zhì)基底上的慢波曲線(xiàn)最大投影面積(互作用面積)只能小于絕緣介質(zhì)基底面積(即遠(yuǎn)小于矩形波導(dǎo)體內(nèi)表面積的二分之一)，在耦合腔內(nèi)表面一定的條件下、其耦合阻抗及互作用效率的提高受到極大限制；因而，此類(lèi)帶狀電子束平面慢波器件存在耦合阻抗高、互作用效率仍相對(duì)較低，工作電壓相對(duì)仍較高，且可靠性亦較差，仍難以廣泛推廣應(yīng)用等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)背景技術(shù)存在的缺陷，研究設(shè)計(jì)一種采用圓弧體“V”形波狀微帶曲線(xiàn)的慢波器件，在實(shí)現(xiàn)器件小型化、重量輕的前提下，達(dá)到有效提高慢波器件的耦合阻抗高、互作用效率、使用的可靠性、應(yīng)用范圍以及與行波管配套使用時(shí)的聚焦性和輸出功率等目的。本發(fā)明的解決方案是采用圓筒形金屬殼體作為波導(dǎo)體以代替矩形波導(dǎo)體，同時(shí)在圓筒形波導(dǎo)體內(nèi)設(shè)置圓弧體絕緣介質(zhì)層及“V”形波狀微帶曲線(xiàn)，使其在工作時(shí)可采用傳統(tǒng)的圓柱形電子束與電磁波相互作用，以進(jìn)一步提高慢波器件的耦合阻抗和輸出功率、降低工作電壓，同時(shí)克服帶狀電子束產(chǎn)生和傳輸困難、不利于后續(xù)行波管的聚焦等缺陷，本發(fā)明即以此實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的。因而本發(fā)明慢波器件包括波導(dǎo)體，絕緣介質(zhì)基底及設(shè)于該基底上的“V”形波狀微帶曲線(xiàn)，關(guān)鍵在于波導(dǎo)體為圓筒形波導(dǎo)體，絕緣介質(zhì)基底為圓弧體基底，而設(shè)于圓弧體基底的弧形表面上的“V”形波狀微帶曲線(xiàn)亦為圓弧體(即該微帶曲線(xiàn)在波導(dǎo)體軸截面上的投影為圓弧形)；圓弧體基底順波導(dǎo)體軸向緊固于波導(dǎo)體內(nèi)壁上，“V”形波狀微帶曲線(xiàn)則順軸向緊貼于圓弧體基底的弧形表面上。上述設(shè)于圓弧形基底上的“V”形波狀微帶曲線(xiàn)中各“V”形夾角為5° -90° ;“V”形波狀微帶曲線(xiàn)為矩形導(dǎo)線(xiàn)。而所述該微帶曲線(xiàn)在波導(dǎo)體軸截面上的投影亦為圓弧形曲線(xiàn)，其圓弧形曲線(xiàn)的中心角為90° -270°。所述絕緣介質(zhì)基底的材料為氮化硼或氧化鈹、
金剛石。本發(fā)明由于采用圓筒形波導(dǎo)體以代替矩形波導(dǎo)體，且設(shè)于其內(nèi)的絕緣介質(zhì)基底及“V”形波狀微帶曲線(xiàn)亦為圓弧體，因而工作時(shí)可采用傳統(tǒng)的圓柱形電子束與電磁波相互作用，不但有效提高了慢波器件的耦合阻抗和輸出功率，而且還可在較低的工作電壓下工作；此外，在微帶線(xiàn)以及介質(zhì)基底尺寸參數(shù)設(shè)置相同的條件下，背景技術(shù)平面慢波器件的體積比本發(fā)明體積大百分三十以上；同時(shí)克服帶狀電子束產(chǎn)生和傳輸困難，不利于行波管的聚焦等缺陷；因而本發(fā)明圓弧體V形波狀微帶曲線(xiàn)的慢波器件與背景技術(shù)相比具有耦合阻抗和輸出功率高、互作用效率高、工作電壓較低，器件的體積小，有利于擴(kuò)大其應(yīng)用范圍及波管性能的提高等特點(diǎn)。


圖1為背景技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明圓弧體“V”形波狀微帶曲線(xiàn)的慢波器件結(jié)構(gòu)示意圖(三維圖)；圖3為本發(fā)明實(shí)施方式與背景技術(shù)的歸一化相速曲線(xiàn)對(duì)比圖(坐標(biāo)圖)；圖4為本發(fā)明實(shí)施方式與背景技術(shù)的耦合阻抗曲線(xiàn)對(duì)比圖(坐標(biāo)圖)。圖中:1.圓筒形波導(dǎo)體，2.圓弧體“V”形波狀微帶曲線(xiàn)，3.絕緣介質(zhì)基底，4.電子束。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施方式以與行波管配套工作在59-62GHZ波段的圓弧體“V”形波狀微帶曲線(xiàn)的慢波器件為例:圓筒形波導(dǎo)體I材質(zhì)為無(wú)氧銅，長(zhǎng)30.4mm、內(nèi)半徑R0.33mm、壁厚0.2mm ；圓弧體“V”形波狀微帶曲線(xiàn)2，其中各“V”形角(夾角)本實(shí)施方式為13.27°、微帶曲線(xiàn)圓弧體的圓心角(即該微帶曲線(xiàn)在波導(dǎo)體軸截面上投影的圓心角)為180°，本實(shí)施方式微帶曲線(xiàn)采用矩形線(xiàn)(即線(xiàn)體的軸截面為矩形)，其截面的矩形為(長(zhǎng)X寬)0.04X 0.02mm，材質(zhì)為在59-62GHZ波段電導(dǎo)率為3.5X107S/m的無(wú)氧銅，本實(shí)施方式圓弧體“V”形波狀微帶曲線(xiàn)共設(shè)160個(gè)周期、即曲線(xiàn)整體沿波導(dǎo)體軸線(xiàn)(電子注)方向長(zhǎng)為30.4mm ;絕緣介質(zhì)基底3的材質(zhì)為相對(duì)介電常數(shù)ε廠(chǎng)4、損耗正切角tan δ =0.00025的高導(dǎo)熱、高硬度的氮化硼，本實(shí)施方式絕緣介質(zhì)基底的圓心角為185°、厚0.05mm,軸向長(zhǎng)與圓筒形波導(dǎo)體I相同、即均為30.4mm ;本實(shí)施方式采用常規(guī)微加工工藝制成；配套使用時(shí)其前、后兩端分別于行波管的電子槍及收集極連接。本實(shí)施方式與微帶線(xiàn)以及介質(zhì)基底尺寸參數(shù)設(shè)置相同的條件下的背景技術(shù)均采用三維電磁仿真軟件進(jìn)行仿真處理，所得圖3、圖4即分別為色散曲線(xiàn)及耦合阻抗曲線(xiàn)的對(duì)比圖(曲線(xiàn)坐標(biāo)圖)；其中:從圖3可看出:本實(shí)施方式的色散曲線(xiàn)與背景技術(shù)色散曲線(xiàn)平行、即與背景技術(shù)具有相同的帶寬，而本實(shí)施方式的色散曲線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的數(shù)值較背景技術(shù)更小，表明本實(shí)施方式慢波器件可在較背景技術(shù)更低的電壓下工作，其設(shè)備工作的穩(wěn)定更好；從圖4可看出:本實(shí)施方式在全頻帶工作范圍內(nèi)與背景技術(shù)相比，本實(shí)施方式慢波器件的耦合阻抗更高，即互作用效率更高，輸出功率更大。
權(quán)利要求
1.一種采用圓弧體“V”形波狀微帶曲線(xiàn)的慢波器件，包括波導(dǎo)體，絕緣介質(zhì)基底及設(shè)于該基底上的“V”形波狀微帶曲線(xiàn)，其特征在于波導(dǎo)體為圓筒形波導(dǎo)體，絕緣介質(zhì)基底為圓弧體基底，而設(shè)于圓弧體基底的弧形表面上的“V”形波狀微帶曲線(xiàn)亦為圓弧體；圓弧體基底順波導(dǎo)體軸向緊固于波導(dǎo)體內(nèi)壁上，“V”形波狀微帶曲線(xiàn)則順軸向緊貼于圓弧體基底的弧形表面上。
2.按權(quán)利要求1所述采用圓弧體“V”形波狀微帶曲線(xiàn)的慢波器件，其特征在于所述設(shè)于圓弧形基底上的“V”形波狀微帶曲線(xiàn)中各“V”形夾角為5° -90° ;“V”形波狀微帶曲線(xiàn)為矩形導(dǎo)線(xiàn)。
3.按權(quán)利要求1或2所述采用圓弧體“V”形波狀微帶曲線(xiàn)的慢波器件，其特征在于所述該微帶曲線(xiàn)在波導(dǎo)體軸截面上的投影亦為圓弧形曲線(xiàn)，其圓弧形曲線(xiàn)的中心角為90。 -270。。
4.按權(quán)利要求1所述采用圓弧體“V”形波狀微帶曲線(xiàn)的慢波器件，其特征在于所述絕緣介質(zhì)基底的材料為氮化硼或氧化鈹、金剛石。
全文摘要
該發(fā)時(shí)屬于微波真空電子技術(shù)領(lǐng)域中一種采用圓弧體“V”形波狀微帶曲線(xiàn)的慢波器件；該慢波器件包括圓筒形波導(dǎo)體及設(shè)于其內(nèi)的圓弧體絕緣介質(zhì)基底，以及設(shè)于圓弧體基底弧形表面上的圓弧體“V”形波狀微帶曲線(xiàn)；該發(fā)明由于采用圓筒形波導(dǎo)體，且設(shè)于其內(nèi)的絕緣介質(zhì)基底及“V”形波狀微帶曲線(xiàn)亦為圓弧體，工作時(shí)即可采用傳統(tǒng)的圓柱形電子束與電磁波相互作用，不但有效提高了慢波器件的耦合阻抗和輸出功率，而且還可在較低的工作電壓下工作；因而與背景技術(shù)相比具有耦合阻抗和輸出功率高、互作用效率高、工作電壓較低，器件的體積小，有利于擴(kuò)大其應(yīng)用范圍及波管性能的提高等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01J23/24GK103208407SQ20131008738
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者魏彥玉, 劉魯偉, 沈飛, 趙國(guó)慶, 宮玉彬, 王文祥 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)