一种加载光子晶体的慢波结构制造技术

本发明专利技术公开了一种加载光子晶体的慢波结构，属于慢波结构技术领域，通过将光子晶体与慢波结构相结合，减小由于模式竞争带来的行波管稳定性的影响，提高了行波管工作可靠性的同时，利用光子晶体做替代全金属作为宽边的边界，改变了慢波结构内部的电场分布情况，从而使其相较于传统正弦波导的表现，具有更宽的带宽和更高的耦合阻抗。宽和更高的耦合阻抗。宽和更高的耦合阻抗。

【技术实现步骤摘要】
一种加载光子晶体的慢波结构


[0001]本专利技术涉及慢波结构
，具体涉及一种加载光子晶体的慢波结构。

技术介绍

[0002]太赫兹波具有能量低、穿透性强、频带宽等特点，因而太赫兹成像技术在通信、成像、雷达等众多领域得到了广泛应用。太赫兹技术的研究、应用和发展离不开稳定的太赫兹辐射源的支撑，性能优异的太赫兹波源是实现这些应用的前提。在众多太赫兹波的激励源的器件中，行波管由于具有高功率输出、高效率、高增益等优点成为最广泛使用的真空电子器件之一。在行波管中慢波结构是其的最重要的结构之一，它的主要作用是实现电磁波相速的降低，从而使得电子注和电磁波相互作用成为可能，是实现电磁波功率放大的地方，因此它的特性很大程度影响行波管的性能表现。
[0003]目前有大量的研究和探索工作被投入到慢波结构的创新和改进之中，如何获得更高耦合阻抗、更低损耗和更宽带宽是他们的共同目标。在如今应用在行波管的全金属慢波结构中主要有交错双栅，曲折波导，正弦波导，螺旋线以及他们的相关变体等。现有的全金属慢波结构大都采用封闭封装，这意味着它允许工作模式之外的电磁波在慢波结构中传播，这增加了模式竞争的风险，由于模式竞争导致的行波管工作不稳定性可能性也随之增加。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种加载光子晶体的慢波结构，解决了现有技术中存在的问题。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]一种加载光子晶体的慢波结构，包括金属外壳、形成电子注通道的交错双栅结构、光子晶体以及吸波材料；
[0007]所述形成电子注通道的交错双栅结构设置于金属外壳的内部，形成基础慢波结构，所述基础慢波结构包括窄边和宽边，所述窄边垂直于电子注通道，所述宽边平行于电子注通道，且所述光子晶体加载于基础慢波结构的宽边上；
[0008]所述交错双栅结构设置于金属外壳的内侧壁上，所述金属外壳内部远离电子注通道的两个侧面上设置有吸波材料，所述光子晶体中每个金属柱均平行于金属外壳的侧面。
[0009]在一种可能的实施方式中，所述金属外壳设置为两个相对面不封口的金属腔体结构，且所述交错双栅结构设置于金属外壳的内部，且所述交错双栅结构对应的电子注通道垂直于两个不封口的相对面，以形成基础慢波结构。
[0010]在一种可能的实施方式中，所述交错双栅结构包括至少一个第一金属平板以及至少一个第二金属平板，所述至少一个第一金属平板与至少一个第二金属平板一一对应；
[0011]针对任意两个对应的第一金属平板与第二金属平板，所述第一金属平板以及第二金属平板均平行于金属外壳的内部底面和顶面，且所述第一金属平板与第二金属平板的高
度相同，所述第一金属平板靠近第二金属平板的边缘设置有呈周期性排列的第一金属栅，所述第二金属平板靠近第一金属平板的边缘设置有呈周期性排列的第二金属栅，所述第一金属栅的周期与第二金属栅的周期相同，且所述第一金属栅的周期与第二金属栅的周期交错，配合加载的光子晶体，以形成电子注通道；
[0012]所述第一金属平板的顶面和底面上平行于电子注通道的边为宽边，所述第二金属平板的顶面和底面上平行于电子注通道的边为宽边，所述光子晶体分别加载于第一金属平板以及第二金属平板的顶面和底面上；其中，金属外壳的顶面和底面表示金属外壳的内部与第一金属平板以及第二金属平板所平行的两面，所述第一金属平板以及第二金属平板上靠近电子注通道的两个侧面上的竖边为窄边。
[0013]在一种可能的实施方式中，所述交错双栅结构包括两个第一金属平板以及两个第二金属平板；一个所述第一金属平板的垂直投影刚好落在另一个所述第一金属平板上，一个所述第二金属平板的垂直投影刚好落在另一个第二金属平板上。
[0014]在一种可能的实施方式中，所述呈周期性排列的第一金属栅设置为正弦形金属栅、锯齿形金属栅或者呈周期排列的矩形栅。
[0015]在一种可能的实施方式中，所述呈周期性排列的第二金属栅设置为正弦形金属栅、锯齿形金属栅或者呈周期排列的矩形栅。
[0016]在一种可能的实施方式中，所述光子晶体包括第一子光子晶体以及第二子光子晶体；所述第一子光子晶体加载于第一金属平板的两面，所述第二子光子晶体加载于第二金属平板的两面。
[0017]在一种可能的实施方式中，所述第一子光子晶体包括若干第一金属柱，所述第一金属柱均匀加载于第一金属平板的两面，且所述第一金属柱垂直于第一金属平板；所述第一金属平板的每个第一金属栅上均设置有一个第一金属柱，且所述第一金属柱设置于第一金属栅上靠近电子注通道的边缘中心点处。
[0018]在一种可能的实施方式中，所述第二子光子晶体包括若干第二金属柱，所述第二金属柱均匀加载于第二金属平板的两面，且所述第二金属柱垂直于第二金属平板；所述第二金属平板的每个第二金属栅上均设置有一个第二金属柱，且所述第二金属柱设置于第二金属栅上靠近电子注通道的边缘中心点处。
[0019]在一种可能的实施方式中，所述第一金属柱设置为圆形柱或者多边形柱；所述第二金属平板设置为圆形柱或者多边形柱。
[0020]本专利技术提供的一种加载光子晶体的慢波结构，通过将光子晶体与慢波结构相结合，减小由于模式竞争带来的行波管稳定性的影响，提高了行波管工作可靠性的同时，利用光子晶体做替代全金属作为宽边的边界，改变了慢波结构内部的电场分布情况，从而使其相较于传统正弦波导的表现，具有更宽的带宽和更高的耦合阻抗。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0022]图1为本专利技术提供的仅包含一个第一金属平板以及一个第二金属平板时，且包含周期排列的正弦形金属栅的一种加载光子晶体的慢波结构示意图。
[0023]图2为本专利技术提供的一个第一金属平板与一个第二金属平板之间的关系示意图。
[0024]图3为本专利技术提供的包含两个第一金属平板以及两个第二金属平板时，且包含周期排列的正弦形金属栅的一种加载光子晶体的慢波结构示意图。
[0025]图4为本专利技术提供的两个第一金属平板与两个第二金属平板之间的关系示意图。
[0026]图5为本专利技术提供的仅包含一个第一金属平板以及一个第二金属平板时，且包含周期排列的矩形金属栅的一种加载光子晶体的慢波结构示意图。
[0027]图6为基于本专利技术提供的慢波结构对应的纵向电场分布示意图。
[0028]图7为本专利技术提供的慢波结构与传统正弦波导慢波结构在220GHz频率下横向(金属柱长度方向)中心线处的纵向电场分布示意图。
[0029]图8为本专利技术提供的慢波结构与传统正弦波导慢波结构归一化相速曲线示意图。
[0030]图9为本专利技术提供的慢波结构与传统正弦波导慢波结构的耦合阻抗曲线示意图。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加载光子晶体的慢波结构，其特征在于，包括金属外壳、形成电子注通道的交错双栅结构、光子晶体以及吸波材料；所述形成电子注通道的交错双栅结构设置于金属外壳的内部，形成基础慢波结构，所述基础慢波结构包括窄边和宽边，所述窄边垂直于电子注通道，所述宽边平行于电子注通道，且所述光子晶体加载于基础慢波结构的宽边上；所述交错双栅结构设置于金属外壳的内侧壁上，所述金属外壳内部远离电子注通道的两个侧面上设置有吸波材料，所述光子晶体中每个金属柱均平行于金属外壳的侧面。2.根据权利要求1所述的加载光子晶体的慢波结构，其特征在于，所述金属外壳(1)设置为两个相对面不封口的金属腔体结构，且所述交错双栅结构设置于金属外壳(1)的内部，且所述交错双栅结构对应的电子注通道垂直于两个不封口的相对面，以形成基础慢波结构。3.根据权利要求1所述的加载光子晶体的慢波结构，其特征在于，所述交错双栅结构包括至少一个第一金属平板(2)以及至少一个第二金属平板(3)，所述至少一个第一金属平板(2)与至少一个第二金属平板(3)一一对应；针对任意两个对应的第一金属平板(2)与第二金属平板(3)，所述第一金属平板(2)以及第二金属平板(3)均平行于金属外壳(1)的内部底面和顶面，且所述第一金属平板(2)与第二金属平板(3)的高度相同，所述第一金属平板(2)靠近第二金属平板(3)的边缘设置有呈周期性排列的第一金属栅，所述第二金属平板(3)靠近第一金属平板(2)的边缘设置有呈周期性排列的第二金属栅，所述第一金属栅的周期与第二金属栅的周期相同，且所述第一金属栅的周期与第二金属栅的周期交错，配合加载的光子晶体，以形成电子注通道；所述第一金属平板(2)的顶面和底面上平行于电子注通道的边为宽边，所述第二金属平板(3)的顶面和底面上平行于电子注通道的边为宽边，所述光子晶体分别加载于第一金属平板(2)以及第二金属平板(3)的顶面和底面上；其中，金属外壳的顶面和底面表示金属外壳的内部与第一金属平板(2)以及第二金属平板(3)所平行的两面，所述第一金属平板(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海峰，路志刚，王泽川，段景瑞，朱俊宛，宫玉彬，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：