[发明专利]一种基于矩形波导的外挂式冷阴极放大器

说明书

本发明属于微波、毫米波、太赫兹波段的真空电子器件领域，具体提供一种基于矩形波导的外挂式冷阴极放大器，用以解决现有技术频带扩展、功率合成、信号放大、抗干扰、集成化等问题。本发明包括：矩形波导1、耦合过渡2、高频外挂装置3；其中，高频外挂装置3通过耦合结构2固定于矩形波导1的窄边侧面上；通过设置于矩形波导的高频外挂装置，实现了注波分离，高频外挂装置内产生的驻波场耦合传输到矩形波导中与输入信号叠加，进而实现信号放大；对多个高频外挂装置的阴极施加不同电压，可实现在输入信号范围内的拓展，级联多个单元可大大提高输出功率；为电子对抗、空间通信等领域的应用提供了性能优良的真空器件。

技术领域

本发明属于微波、毫米波、太赫兹波段，涉及真空电子器件领域，具体提供了一种基于矩形波导的外挂式冷阴极放大器，实现了注波分离，通过单个或多个高频外挂装置或者级联器件单元可实现带宽拓展以及功率提升。

背景技术

真空电子器件在国民经济和国防装备中发挥着极其重要的作用，广泛应用于雷达、通信、医学成像等领域。自上个世纪末开始，半导体产业和集成电路技术的迅猛发展，真空电子器件在相当大的电子信息领域逐渐失去了主导地位，并且正在承受着固态电子器件发展的冲击；但是，新型半导体器件仍然不是很成熟，目前所发展的固态功率器件在能量效率、工作频率、最大输出功率、可靠性方面仍存在着很大的弊端和局限性。因此，真空电子器件在航天航空、军事装备等尖端科学技术领域仍是不可或缺的核心器件，并被广泛应用且还在不断地更新和发展。

随着微波、毫米波、及太赫兹频段真空辐射源在各个领域的不断发展，对输出功率、效率要求不断地提高；在高频率高功率宽频带的极限要求之下，尤其是在军事设备、航空航天等领域，要求真空电子器件具有体积小、重量轻、功率大、寿命长等优势。与传统的热发射阴极相比，场致发射冷阴极具有其固有的优势，如：功耗低、可温室工作、响应速度快、电流密度大、尺寸小、效率高等等，这些优点是的场致发射冷阴极有望成为新一代高功率辐射源器件的发射源。

然而，现有的微波、毫米波、太赫兹等波段辐射源技术仍然存在诸多问题：1)对于单级放大器而言，可以实现功率的放大和较宽的频带，但是目前高频段放大器，输出功率水平有待提高，输出带宽较窄且固定；2)对于器件装置，电子注与高频场在同一个通道内进行互作用并传输，信号能量反射大并且容易损坏信号输出窗，不利于收集废气电子；另外需要单独设计电子光学系统、高频结构、收集极等，使得整个器件装置体积大，不易于集成；3)由于真空器件工作在高频波段，注波互作用的复杂结构将会导致机械加工难度大和精度低的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题提出了一种基于矩形波导的外挂式冷阴极放大器，可实现多腔调频以及轴向级联，能够有效的解决频带扩展、功率合成、信号放大、抗干扰、集成化等问题。本发明通过耦合结构于矩形波导窄边侧面上设置高频外挂装置，实现了注波分离，高频外挂装置内产生的驻波场耦合传输到矩形波导中与输入信号叠加，进而实现信号放大；对两边高频外挂装置的阴极施加不同电压，根据注波色散特性的原理，可实现在输入信号范围内的拓展；级联多个本发明单元可大大提高输出功率。另外，本发明利用冷阴极场致发射电子流，功耗低、不受温度影响的优点，使得注波互作用效率提高；并且结构紧凑，易于集成与加工，为电子对抗、空间通信等领域的应用提供了性能优良的真空器件。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于矩形波导的外挂式冷阴极放大器，包括：矩形波导1、耦合过渡2、高频外挂装置3；其中，高频外挂装置3通过耦合结构2固定于矩形波导1的侧面上、且对称分布；