[发明专利]一种交错子周期折叠波导慢波结构设计方法

说明书

本发明公开了一种交错子周期折叠波导慢波结构设计方法，该慢波结构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，周期性结构中的两个直波导段具有不同的互作用距离，该方法包括S1确定具有相等互作用距离的折叠波导慢波结构的几何尺寸，S2将各上栅体相对于下栅体的相对位置沿慢波结构轴向移动预定距离，S3根据所述移动距离计算所得到慢波结构的窄边长，S4仿真计算所得到慢波结构的色散曲线，和S5，重复步骤S2‑S4，在仿真色散曲线的止带宽度满足设计要求时，得到所述交错子周期折叠波导慢波结构。

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，涉及一种交错子周期折叠波导慢波结构。

背景技术

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。

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-2C。

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，而在540度附近即3π模附近没有出现止带区域，如图3所示。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交错子周期折叠波导慢波结构设计方法，以期得到在色散曲线中存在3π模止带区域的折叠波导慢波结构，满足微波真空电子器件的应用需求。

本发明提供一种交错子周期折叠波导慢波结构设计方法，该慢波结构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，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，该方法包括：

S1，确定具有相等互作用距离的折叠波导慢波结构的几何尺寸，

S2，将各上栅体相对于下栅体的相对位置沿慢波结构轴向移动预定距离，

S3，根据所述移动距离计算所得到慢波结构的窄边长，

S4，仿真计算所得到慢波结构的色散曲线，

S5，重复步骤S2-S4，在仿真色散曲线的止带宽度满足设计要求时，得到所述交错子周期折叠波导慢波结构。

优选地，所述折叠波导慢波结构的几何尺寸包括波导的宽边长，波导的窄边长，几何周期，几何子周期，直波导高度和电子注通道半径。

优选地，按照如下公式计算所得到慢波结构的窄边长

其中b1为交错子周期折叠波导慢波结构，b、p分别为具有相等互作用距离的折叠波导慢波结构的窄边长和几何周期，p1和p2为移动预定距离后的第一和第二子周期。

优选地，保持下栅体位置不变，通过将各上栅体沿慢波结构轴向多次移动预定距离，确定交错子周期折叠波导慢波结构。