[发明专利]一种双频振荡器

说明书

本发明公开了一种双频振荡器，该振荡器包括电子枪、慢波结构、输能系统和收集极，其特征在于，所述慢波结构为折叠波导慢波结构，其包括彼此交错分布的多个上栅体和多个下栅体、以及由各上栅体和下栅体限定的包括直波导段和波导连接段的多个周期性结构的折叠波导，其中，周期性结构中的两个直波导段具有不同的互作用距离。根据本发明的双频振荡器，通过选取不同的工作电压分别实现双频大功率电磁波输出。

技术领域

本发明涉及微波真空电子器件技术领域。更具体地，涉及一种双频振荡器。

背景技术

慢波结构是一种周期结构。根据Floquet定理，电场可以表示为一系列空间谐波和的形式。大多数空间谐波具有变慢的相速度，相速度与频率的关系称为色散关系，当电磁波某一次空间谐波与电子注满足同步条件时，电子注和电磁场之间会发生互作用，通过能量交换放大电磁波。

慢波结构主要应用于行波型微波真空电子器件，也可作为谐振腔用于扩展互作用型驻波器件。慢波结构的作用是降低在其中传输电磁波的相速度，使之与电子注保持同步，以获得注波之间有效的互作用，其属于微波真空电子器件的核心部分。具有不同的色散曲线的慢波结构具有不同的性能，能够开发出不同类型的真空电子器件，这些器件由于色散所具有的电磁特性而具有不同的性能，满足不同的应用需求。

根据目前国内外短毫米波及太赫兹真空电子器件的研制情况，折叠波导已经成为最常用的一种慢波结构。如图1和图2所示，折叠波导慢波结构是将矩形波导沿电场面弯曲，形成包括连通的直波导段和波导连接段的周期结构，电子注通道可位于折叠波导慢波结构的中轴线上，其中a表示矩形波导的宽边长，b为矩形波导的窄边长，周期性结构的几何周期P包含两个相等的子周期p₁，即包括两个互作用距离相等的子周期，直波导高度为h，电子注通道半径为r_c，根据波导连接方式的不同，可以分为U型弯曲折叠波导，见图 1A-1B，和直角型弯曲折叠波导，见图2A-2B。

除了利用折叠波导慢波结构的常规色散区域进行了行波管和返波振荡器的研制外，为了实现周期结构电磁特性在真空射频器件中的全维度应用，国内外许多研究人员致力于开拓色散的止带边缘新区域，开展新器件的研究及实验验证。然而，现有技术中折叠波导慢波结构的色散曲线中仅在360度附近及720度附近出现止带，如图3所示。几何周期相移720度附近的位置对应4π模式。4π模式具有单不稳定性，即4π止带的上截止点和下截止点类型不同，分别为不稳定模式(与电子发生互作用区域的横向电场大，群速度趋于0) 和稳定模式。代表不稳定模式的上截止点附近的区互作用阻抗很大，目前已经基于4π模式展开了大功率、小型化的止带振荡器的研制，但是代表稳定模式的下截止点由于互作用横向电场太弱，不能被开发利用。

从图3可以看出，现有折叠波导慢波结构在540度附近即3π模附近没有出现止带区域。但是此处电磁特性的鲜明特点，希望通过合理设置器件结构，得到可以双频工作的新型真空电子器件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以工作在3π模的双频止带振荡器，本发明的进一步目的在于提供一种双频振荡器，以满足微波真空电子器件的应用需求。

本发明提供一种双频振荡器，该振荡器包括电子枪、慢波结构、聚焦系统、输能系统和收集极，其特征在于，所述慢波结构为折叠波导慢波结构，其包括彼此交错分布的多个上栅体和多个下栅体、以及由各上栅体和下栅体限定的包括直波导段和波导连接段的多个周期性结构的折叠波导，其特征在于，周期性结构中的两个直波导段具有不同的互作用距离。

优选地，所述波导连接段为直角型波导连接段或U型波导连接段。

优选地，该慢波结构进一步包括位于慢波结构的中轴线位置处的电子注通道。

优选地，周期性结构中沿电子注行进方向排列的第一直波导段和第二直波导段，第一直波导段的互作用距离小于第二直波导段互作用距离。