一种适用于返波管的共面双V形线慢波结构制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于返波管的共面双V形线慢波结构，当电子注通过电子注输入端口注入至慢波结构，在慢波结构中电子注激励起电磁场，电场分布在两条金属线之间，方向为一条金属线指向另一条金属线；由于两条V形金属线之间的距离是不完全均匀的，这样使电场主要分布在两条V形金属线相距近的位置，即电子注通道下方且电场方向为纵向，从而增强波束互作用，最后通过改变电子注电压，在输出端口输出频率范围为42.6GHz到79.2GHz的电磁波。范围为42.6GHz到79.2GHz的电磁波。范围为42.6GHz到79.2GHz的电磁波。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于返波管的共面双V形线慢波结构


[0001]本专利技术属于返波管
，更为具体地讲，涉及一种适用于返波管的共面双V形线慢波结构。

技术介绍

[0002]返波管是一种重要的真空电子器件，它是通过慢波结构使反向波和电子相互作用实现电磁波的产生并放大的，它具有不需要激励源、频率可调、小尺寸等特点。慢波结构是这一器件的核心部分，决定了器件的性能。
[0003]现有的返波管多是基于曲折波导以及交错双栅慢波结构的，同时也有基于正弦波导慢波结构的返波管。对于由金属线慢波结构构成的返波管。其中，单V形线以及非共面的双V形线慢波结构如图1和图2所示，在图1中，1为金属线，2为介质杆，3为真空部分，在图2中1为金属线，2为介质杆，3为真空部分。对于单线慢波结构工作时电场主要分布在金属线1上，对于非共面的双线慢波结构工作时虽电场分布会受到影响但主要还是分别集中在单条金属线上。单线结构和非共面的双线结构的耦合阻抗较小起振困难。
[0004]此外，金属线慢波结构具有易于加工，以及工作电压低的特点，对于金属线慢波结构的研究主要是行波管的应用，关于由金属线构成的慢波结构返波管的研究比较少。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于返波管的共面双V形线慢波结构，将平面金属线更好的应用于返波管，能够得到具有可调谐频率宽、易于加工以及结构小型的返波管。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提出了一种适用于返波管的共面双V形线慢波结构，其特征在于，包括：共面双V形金属线、三条介质支撑杆以及矩形金属壳；
[0007]所述共面双V形金属线由多个共面双V形金属线段级联而成，其中，每一个共面双V形金属线段是由一条V形金属线段沿水平方向平移得到，平移完成后，两条V形金属线段在底端的拐角处距离为d，每条V形金属线段的顶端开口处的距离为p，每条V形金属线底端到顶端的距离为h；所有金属线段的拐角处用扇形柱连接，当所有金属线段连接后形成周期性的双V形金属慢波线，两条V形金属线重叠部分的正上方形成电子注通道；
[0008]所述介质支撑杆以共面双V形线慢波结构中心位置为基准，三条介质支撑杆均匀分布在两条V形金属线下方并固定在金属外壳上，且任意两介质支撑杆间的间距为b，使得两条金属线位于同一平面；
[0009]所述矩形金属壳作为共面双V形线慢波结构的屏蔽装置，用于屏蔽外界的电磁干扰，在金属外壳的左右侧面各设置一矩形空，作为电子注的输入、输出端口，在下底面左右两侧各设置一个矩形空，作为电磁波的输出端口；
[0010]返波管运行时，电子注通过电子注输入端口注入至慢波结构，在慢波结构中电子注激励起电磁场，电场分布在两条金属线之间，方向为一条金属线指向另一条金属线；由于
两条V形金属线之间的距离是不完全均匀的，这样使电场主要分布在两条V形金属线相距近的位置，即电子注通道下方且电场方向为纵向，从而增强波束互作用，最后通过改变电子注电压，在输出端口输出频率范围为42.6GHz到79.2GHz的电磁波。
[0011]同时，本专利技术一种适用于返波管的共面双V形线慢波结构还具有以下有益效果：
[0012](1)、本专利技术与现有的两条金属线不在同一平面的结构相比，虽然现有的两条金属线上的电场相互影响，但电场主要还是分别集中在一条金属线上；而本专利技术的两条金属线处于同一平面上使得电场主要集中于两条金属线之间，同时因为两条金属线的结构特征，两条金属线之间的距离是不完全均匀的，这样电场主要分布在两条金属线相距近的位置，使得电场更加集中，可提供高的耦合阻抗，能让波束互作用更加充分；同时也更容易产生返波振荡，对单线、非共面双线、共面双线三种慢波结构的平均耦合阻抗进行了研究，由图8中可以看出当频率在40GHz以上时共面双V形线结构具有最高的耦合阻抗；对基于三种结构的返波管进行了PIC仿真，结果表明当仿真条件相同，即慢波结构周期数相同，电子束电压电流以及电流密度相同时，单V形线以及不共面的双V形线结构返波管均无法激励起返波振荡。
[0013](2)、关于返波管的研究主要在W波段、G波段，甚至更高的频率，对于Q波段到E波段频率范围内的返波管研究较少，结合本专利技术描述的慢波结构良好的传输特性以及色散特性，可看出该慢波结构可实现从Q波段到E波段的频率调谐。
[0014](3)、本专利技术采用共面双V形金属线的慢波结构，其电子注通过两条V形金属线相互重合部分的上方，而使用介质杆在两条V形金属线下方支撑，有利于避免电荷积累。
附图说明
[0015]图1是单V形线慢波结构示意图；
[0016]图2是不共面的双V形线结构示意图；
[0017]图3是共面双V形线慢波结构的单周期示意图；
[0018]图4是本专利技术一种适用于返波管的共面双V形线慢波结构一种具体实施方式架构图；
[0019]图5是双V形金属慢波线示意图；
[0020]图6是共面双V形线慢波结构的工作模式电场分布示意图；
[0021]图7是三种慢波结构的平均耦合阻抗对比曲线；
[0022]图8是共面双V形线慢波结构的单周期色散仿真结果图；
[0023]图9是共面双V形线慢波结构的传输特性仿真结果图；
[0024]图10是电子束电压为9kV时共面双V形线慢波结构的输出信号图；
[0025]图11是共面双V形线慢波结构的输出信号频谱图；
[0026]图12是共面双V形线慢波结构的输出功率及输出频率随电子注电压变化曲线；
具体实施方式
[0027]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
[0028]实施例
[0029]图4是本专利技术一种适用于返波管的共面双V形线慢波结构一种具体实施方式架构图。
[0030]在本实施例中，如图3所示，本专利技术一种适用于返波管的共面双V形线慢波结构，包括：共面双V形金属线1、三条介质支撑杆3以及矩形金属壳2；
[0031]共面双V形金属线1由多个共面双V形金属线段级联而成，其中，如图3所示，每一个共面双V形金属线段是由一条V形金属线段沿水平方向平移得到，平移完成后，两条V形金属线段在底端的拐角处距离为d＝0.45mm，每条V形金属线段的顶端开口处的距离为p＝0.44mm，每条V形金属线段底端到顶端的距离为h＝0.85mm；所有金属线段的拐角处用扇形柱连接，如图5所示，当所有金属线段连接后形成周期性的双V形金属慢波线，两条V形金属线重叠部分的正上方形成电子注通道4；在本实施例中，双V形金属慢波线具有24个完整周期总长度为10.56mm。
[0032]介质支撑杆3以共面双V形线慢波结构中心位置为基准，三条介质支撑杆均匀分布在两条V形金属线下方并固定在金属外壳上，且任意两介质支撑杆间的间距为b＝0.3mm，介质杆的厚度为0.1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于返波管的共面双V形线慢波结构，其特征在于，包括：共面双V形金属线、三条介质支撑杆以及矩形金属壳；所述共面双V形金属线由多个共面双V形金属线段级联而成，其中，每一个共面双V形金属线段是由一条V形金属线段沿水平方向平移得到，平移完成后，两条V形金属线段在底端的拐角处距离为d，每条V形金属线段的顶端开口处的距离为p，每条V形金属线底端到顶端的距离为h；所有金属线段的拐角处用扇形柱连接，当所有金属线段连接后形成周期性的双V形金属慢波线，两条V形金属线重叠部分的正上方形成电子注通道；所述介质支撑杆杆以共面双V形线慢波结构中心位置为基准，三条介质支撑杆均匀分布在两条V形金属线下方并固定在金属外壳上，且任意两介质支撑杆间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇欣，宫玉彬，张平，王战亮，董洋，许多，王禾欣，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：