一种高功率双带状注慢波结构及电磁波输出方法技术

一种高功率双带状注慢波结构及电磁波输出方法，包括两个慢波结构，慢波结构包括第一耦合腔、第二耦合腔、位于第一耦合腔和第二耦合腔之间的若干光栅、以及贯穿若干光栅的电子注通道，相邻两个光栅之间设置有与第一耦合腔、第二耦合腔连通的光栅间隙，两个慢波结构的第一耦合腔通过至少一个连接腔连通，两个慢波结构的第二耦合腔上连接有用于输出电磁波的输出结构。本发明专利技术在两个耦合腔之间设置有连接腔，利用连接腔集中两个第一耦合腔的电场，增大了连接腔的耦合效率，进而提高了电磁波对电子注的调制深度，电子注将更多的能量交换给电磁波，提高电磁波的输出效果。提高电磁波的输出效果。提高电磁波的输出效果。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率双带状注慢波结构及电磁波输出方法


[0001]本专利技术涉及真空电子器件
，具体涉及一种高功率双带状注慢波结构及电磁波输出方法。

技术介绍

[0002]目前，扩展互作用振荡器(EIO)在太赫兹波段的发展潜力使其成为近年来太赫兹源的研究热点之一。梯形线慢波结构是常见的EIO慢波结构，具有结构简单、耦合阻抗高、能与带状注互作用的特点，为了提高梯形线慢波结构的性能，现有技术中对梯形线结构进行了大量的理论研究、仿真计算和实验。
[0003]扩展互作用器件工作在太赫兹波段时，梯形线慢波结构的尺寸需要限定在百微米量级，不仅加工难度大，而且由于单腔的功率容量小，输出功率有限。为了在不显著增加梯形线慢波结构的尺寸的前提下提高输出功率，专利技术人团队在专利CN114899066B中提供了一种四带状注梯形线慢波结构，其采用四条正交且通过耦合腔互连的电子注通道设计来增加耦合腔中电磁波的耦合效率，进而在较小的尺寸限制下将输出功率相对于传统单带状注梯形线慢波结构提升了5倍以上。
[0004]但是，这种四带状注梯形线慢波结构的体积虽然小于四个传统单带状注梯形线慢波结构体积之和，但整体体积仍然较大，且在输出功率时需要通入四根相同速度的带状注以在耦合腔内增强电磁波，一定程度上限制了其应用。同时，专利技术人团队发现，利用具有电子注通道的光栅连接相邻的两个耦合腔在耦合时可能会对调制深度产生一定的影响。因此，有必要对现有的四带状注梯形线慢波结构进行优化设计，以在更小的体积下进一步提高慢波结构的输出效率。
专利技术内容
[0005]本专利技术的目的在于提供一种高功率双带状注慢波结构，其利用连接腔连通两个慢波结构的耦合腔，使得电场耦合能够互相达到增强的效果，进而对电子注进行更深的调制，带状电子注能够将更多的能量交换给电磁波，从而进一步提高慢波结构的输出效率；此外，该双带状注慢波结构在使用时仅需两根相同速度的带状注，且整体体积更小，有利于拓宽其应用。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]一种高功率双带状注慢波结构，包括两个慢波结构，所述慢波结构包括第一耦合腔、第二耦合腔、位于所述第一耦合腔和第二耦合腔之间的若干光栅、以及贯穿所述若干光栅的电子注通道，相邻两个光栅之间设置有与所述第一耦合腔、第二耦合腔连通的光栅间隙，所述两个慢波结构的第一耦合腔通过至少一个连接腔连通，两个慢波结构的第二耦合腔上连接有用于输出电磁波的输出结构。
[0008]本技术方案中，双带状注慢波结构包括两个慢波结构，每个慢波结构均包括第一、第二耦合腔，第一、第二耦合腔之间设置有若干光栅，光栅上开设有用于带状注通过的电子
注通道。在一个或多个实施例中，两个慢波结构的结构、尺寸可以相同，也可以不同。优选地，两个慢波结构的结构和尺寸相同。
[0009]相邻的两个光栅之间具有光栅间隙，光栅间隙连通至第一耦合腔和第二耦合腔，以使得电子注经过光栅激发出的电磁信号能够进入至第一、第二耦合腔内。
[0010]本技术方案中，两个慢波结构的第一耦合腔之间设置有一个或多个沿电子注通道延伸方向分布的连接腔，连接腔的两端通过耦合孔与两个第一耦合腔连通，使得第一耦合腔内的电磁波能够进入至连接腔内。利用连接腔将两个第一耦合腔的电场集中在一起，能够有效地提高电磁波的耦合效率，进而能够使电磁波对电子注进行更深的调制，调制深度达到30％以上，带状电子注能够将更多的能量交换给电磁波。
[0011]本技术方案中，两个慢波的第二耦合腔上连接有输出结构，利用输出结构将两个第二耦合腔内的输出功率进行融合，最终从输出结构中输出功率进一步提升的电磁波。
[0012]本技术方案中，将输出结构连接至第二耦合腔上，同时将连接腔与第一耦合腔连通，能够使得连接腔内耦合的电磁波能够充分地与电子注进行注波互作用，进一步提高电子注的调制深度。
[0013]工作时，两束电子注分别进入两个慢波结构的电子注通道内，电子注经过光栅时激发出电磁波，电磁波通过连接腔在两个第一耦合腔内耦合，并与电子注通过慢波电路的选频特性发生互作用，对电子注的速度、密度进行调制，当高频场对电子注进行速度调制的过程中，处于高频场正半周期的电子被减速、小于直流速度，而处于负半周期的电子获得能量、速度增加并大于直流速度，速度快的电子会向速度慢的电子靠拢产生群聚现象，进而使大部分电子处于减速区，电子注便将更多的能量传递给高频场，从而从输出结构输出特定频率的电磁波，在整个过程中，由于连接腔的作用，电子注的调制作用增强，从而注波互作用增强，最终输出功率获得提升。
[0014]相较于现有技术中利用耦合腔来增加电磁波的耦合效率进而提高电磁波输出功率的方式，本申请中在两个耦合腔之间设置有连接腔，利用连接腔对两个第一耦合腔的连接作用，增大了第一耦合腔的耦合效率，进而提高了电磁波对电子注的调制深度，电子注将更多的能量交换给电磁波，提高电磁波的输出效果；不仅如此，整个器件的整体尺寸能够进一步缩小，且仅采用两束电子注即可有效地提升电磁波的输出功率，有利于拓展整个器件的应用场景。
[0015]作为本专利技术中连接腔的优选设置方式，所述连接腔的宽度小于所述慢波结构内产生的电磁波的波长。连接腔的宽度为两个慢波结构的第一耦合腔之间的距离。连接腔的宽度如果过长，将会影响电磁波的耦合效果。根据电子注在通过慢波结构的光栅时所产生的电磁波的波长对连接腔的宽度进行设计。本技术方案中，连接腔的宽度设置为小于产生的电磁波的波长。
[0016]进一步地，所述连接腔的长度为所述光栅间隙的N倍，N为正整数。连接腔的长度是指连接腔沿电子注通道延伸方向的长度。通过仿真计算发现，在连接腔的长度为光栅间隙P的长度的N倍时，连接腔的耦合效果更好。
[0017]进一步地，所述光栅间隙的长度为0.1～1.0mm。光栅间隙的长度可根据光栅的工作频率进行调整，优选地，光栅间隙的长度为0.1～1.0mm，进一步优选地，光栅间隙的长度为0.2～0.7mm。
[0018]进一步地，所述连接腔的数量为1～5个，所述连接腔沿所述电子注通道的延伸方向等间距分布。连接腔的数量可以是一个，也可以是多个。本技术方案中，优选地，连接腔的数量不超过5个，连接腔沿电子注通道延伸方向等间距分布。
[0019]进一步地，至少一个连接腔的中轴线与所述第一耦合腔的中轴线共线。本技术方案中，中轴线是指垂直于电子注延伸方向的横向中轴线，也即，在具有多个连接腔时，至少有一个连接腔位于第一耦合腔的中部，以进一步提高电磁波的耦合效率。
[0020]进一步地，所述电子注通道的高度为其宽度的5～10倍。
[0021]进一步地，所述电子注通道的宽度为0.1～0.5mm。
[0022]进一步地，所述输出结构包括连通至所述第二耦合腔的耦合孔，所述耦合孔经传输结构连接有曲面波导，两个慢波结构上连接的曲面波导共同连接有矩形波导。本技术方案中，通过功率融合的方法将两个慢波结构的传输结构的输出功率进行融合，再从一个标准波导口中输出，能够进一步提高电磁波的输出功率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高功率双带状注慢波结构，其特征在于，包括两个慢波结构，所述慢波结构包括第一耦合腔(1)、第二耦合腔(2)、位于所述第一耦合腔(1)和第二耦合腔(2)之间的若干光栅(3)、以及贯穿所述若干光栅(3)的电子注通道(10)，相邻两个光栅(3)之间设置有与所述第一耦合腔(1)、第二耦合腔(2)连通的光栅间隙(11)，所述两个慢波结构的第一耦合腔(1)通过至少一个连接腔(4)连通，两个慢波结构的第二耦合腔(2)上连接有用于输出电磁波的输出结构。2.根据权利要求1所述的一种高功率双带状注慢波结构，其特征在于，所述连接腔(4)的宽度小于所述慢波结构内产生的电磁波的波长。3.根据权利要求1所述的一种高功率双带状注慢波结构，其特征在于，所述连接腔(4)的长度为所述光栅间隙(11)的N倍，N为正整数。4.根据权利要求3所述的一种高功率双带状注慢波结构，其特征在于，所述光栅间隙(11)的长度为0.1～1.0mm。5.根据权利要求1所述的一种高功率双带状注慢波结构，其特征在于，所述连接腔(4)的数量为1～5个，所述连接腔(4)沿所述电子注通道(10)的延伸方向等间距分布。6.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖川红，花江，洪博峰，徐磊，徐标，吴振华，
申请(专利权)人：成都天奥信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：