[发明专利]一种用于行波管纵向输出降压收集极的低泄漏截断结构

说明书

本发明公开了一种用于行波管纵向输出降压收集极的低泄漏截断结构，属于大功率电真空毫米波器件技术领域。该结构包括矩形波导腔、圆形间隙、扼流槽、光子晶体单元、以及金属外壳，矩形波导腔的中轴线垂直穿过圆形间隙的中心，扼流槽为设置于圆形间隙下侧的矩形环槽，光子晶体单元设置于圆形间隙上、下两侧且周期排布。该结构可以提供足够宽的截断间隙，增加间隙间的高压打火阈值，从而可以施加更高的反向电压来回收剩余电子能量，实现更高的收集能量回收效率和整管效率，并且具有更宽的工作频带、更低的微波反射和泄露。

技术领域

本发明属于大功率电真空毫米波器件技术领域，具体涉及用于纵向输出降压收集极的高性能截断结构。

背景技术

为了收集与微波发生注-波互作用后的电子能量，通常通过在收集极加上反向电压降低电子速度，将能量转化为电能，提高效率的同时不影响其他结构的正常功能。由于外加电压需要很高的耐压性，截断间隙距离越大，耐压性越强，但此时微波越容易产生泄露和反射。传统的解决方案是先利用输出耦合器将微波横向耦合输出去，只剩下互作用后的电子纵向传输，然后再利用降压收集极外加反向高电压使得电子减速，回收电子当中的能量，从而提高整管的效率。横向输出耦合器会占用纵向的空间尺度，特别是在高功率的行波管，如大功率的带状束行波管等中，所占用的纵向空间会更大。此外，横向输出结构很难在大功率情况下实现宽的低反射频带特性。这样一方面会导致周期永磁聚焦磁体更长，难以实现高的电子流通率；另一方面由于带宽的限制，难以实现宽带工作。此外有些情况还会存在插入损耗较高、微波能量泄露等问题。

庞利娥、武华锋(8mm扼流式法兰盘设计[J].火控雷达技术,2002,31(004):44-46)提出了一种扼流式法兰盘的设计,使用扼流槽可以实现无接触连接,也可以用来防止微波功率的泄露。扼流槽被广泛使用在微波炉炉门,微波暗室门等防泄漏场合。扼流槽有着电接触可靠,没有辐射,没有额外的功率损耗等优点,波导连接处表面不平、不干净等因素对微波传输性能影响不大。但当缝隙增加时，扼流槽的效果迅速下降，泄露的微波能量产生的反射会导致微波传输效果变差。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种用于纵向输出降压收集极的高性能截断结构，实现在更大功率和更小体积的情况下，带宽更宽、微波反射和泄露更小、更高效率地收集电子能量。

本发明具体技术方案如下：

一种用于纵向输出降压收集极的高性能截断结构，包括矩形波导腔、圆形间隙、扼流槽、以及金属外壳，所述矩形波导腔的中轴线垂直穿过圆形间隙的中心；所述扼流槽为设置于圆形间隙下侧的矩形环槽，其特征在于，还包括设置于圆形间隙上、下两侧且周期排布的光子晶体单元。

所述与扼流槽同侧的光子晶体单元与扼流槽连通设置，另一侧的光子晶体单元环绕设置于扼流槽投影外侧，且上、下两侧的光子晶体单元在横向和纵向上均交错半个周期排布。

所述光子晶体单元为“×”形凹槽结构、或方形凹槽结构，或三角形凹槽结构，或圆形凹槽结构。

进一步的，整个结构为无氧铜金属结构，上、下侧光子晶体单元之间没有电接触。