[发明专利]一种具有曲线轮廓的单栅慢波结构

说明书

本发明公开了一种曲线轮廓的单栅慢波结构，由一个长方体壳体、沿着纵向周期分布的各栅齿以及曲线轮廓的电子注通道构成。这种慢波结构可以在不改变其色散特性的情况下，能够提高平均耦合阻抗，改善耦合阻抗在宽边方向的均匀性，增加注波互作用的强度，从而有利于提高基于该慢波结构的行波管/返波管的电子互作用效率以及输出功率。对于行波管，还有利于提高其整管增益。基于这种慢波结构的毫米波太赫兹行波管/返波管具有结构紧凑、电子效率高、输出功率大等优点，在高数据率通信系统、高精度成像系统、电子对抗系统和雷达整机系统等方面有着广泛的应用前景。

[技术领域]

本发明属于微波真空电子技术领域，具体涉及一种具有曲线轮廓的单栅慢波结构。

[背景技术]

毫米波/太赫兹波由于具有波长短、频率高、光子能量低、信噪比高、带宽极宽等特性，在安检成像、无损检测、生物医学、高数据率通信、雷达探测等诸多军民应用领域具有广泛的应用前景。毫米波源/太赫兹源是毫米波/太赫兹技术的基础，是毫米波/太赫兹应用系统中不可或缺的器件，而基于真空电子学的毫米波太赫兹源是当前毫米波太赫兹源研究领域的一个重要分支。在真空电子器件中，带状注器件由于具有电子注面积大、电子注功率高等优点，和传统的圆形电子注器件相比，其输出功率可以提高一个数量级，因此，近年来受到了广泛的研究。慢波结构作为电子注与电磁波相互作用的场所，是带状注行波管/返波管的核心部件之一。该器件性能的好坏对于整管的性能有着重要的影响，因此，具有重要的研究价值。

目前，带状注器件的慢波结构主要有单栅、折叠波导、耦合腔、交错栅、对称栅和正弦波导等多种结构。其中对称栅和交错栅慢波结构均是在单栅慢波结构的基础上发展而来的。单栅慢波结构的结构最为简单，有利于加工和装配。由于毫米波太赫兹器件的结构尺寸小，因此该结构尤其适合工作在高频率的带状注器件中。在“用于太赫兹应用的基于波纹矩形波导的可调谐返波管”(《IEEE电子器件》，2010年，57卷，6期，1481-1484页，作者：MauroMineo,Claudio Paoloni)一文中，作者将单栅慢波结构应用于太赫兹返波管的设计。传统单栅慢波结构如图1所示，包括：长方体壳体11和矩形栅齿12，在长方体壳体下底面的矩形栅齿12沿着纵向(图1中的z方向)周期排列(等间距排列)，长方体壳体的上方面板与矩形栅齿之间为电子注通道13。和交错栅、对称栅等慢波结构相比，单栅慢波结构在纵向的电场分量要小，从而使得其耦合阻抗小。另外，单栅慢波结构、交错栅慢波结构以及对称栅慢波结构等矩形波导慢波结构的工作模式的电场在宽边方向(x方向)呈正弦函数分布，即中间强，两边弱，导致注波互作用中间强两端弱，互作用强度在宽边方向不均匀。从而使得：(1)该慢波结构的平均耦合阻抗低；(2)该慢波结构的耦合阻抗呈中间强两边弱的特点，从而使得注波互作用在宽边方向不均匀。另外，带状电子注一般为椭圆形状而非理想的矩形状。因此，注波互作用在宽边的两端位置要弱。以上几个特点使得基于该慢波结构的真空电子器件存在注波互作用效率低和输出功率难以提升等缺陷。

[发明内容]

本发明的目的在于：在传统单栅慢波结构的基础上，提出了一种用于毫米波太赫兹带状注行波管/返波管的曲线轮廓的单栅慢波结构。

本发明具体采用如下技术方案：

一种具有曲线轮廓的单栅慢波结构，包括长方形壳体、带状电子注通道以及各栅齿，所述各栅齿沿着轴线周期性排列延伸，长方形壳体的上平板与各栅齿形成电子注通道，所述电子注通道用于通过带状电子注，在沿轴线周期性延伸的各栅齿顶部与长方形壳体上平板形成的电子注通道具有曲线轮廓。

优选地，电子注通道上下侧的曲线轮廓包括了沿宽边方向以不同函数分布的圆弧轮廓、切比雪夫轮廓和正弦函数轮廓。

优选地，所述各栅齿之间为等间距排列。

优选地，所述带状电子注轮廓为椭圆形状。

优选地，带状电子注和电子注通道的曲线轮廓在垂直方向上的间距在水平方向上的各个位置相等。