[发明专利]一种TE11

说明书

本发明公开了一种TE₁₁工作模式超宽带超表面输出窗结构，属于真空电子回旋器件技术领域。包括中层介质片，所述中层介质片两侧面分别设置有圆筒阵列作为匹配层。本发明通过将匹配层设置为圆筒阵列，使匹配层的等效介电常数满足中间介质层的介电常数ε_r的开根号值，从而减小反射，提高回旋行波管中输出窗的频带宽度。

技术领域

本发明属于真空电子回旋器件技术领域，具体涉及一种应用于回旋行波管的TE₁₁工作模式超宽带超表面输出窗结构。

背景技术

从电磁波由麦克斯韦预言其存在，到真空电子器件这一重要的电磁波辐射源的出现，是这一领域的重要成果。目前，微波器件在微波波段已经得到了很好的应用，但在毫米波段甚至更高频段遇到了许多困难。由于传统的真空电子器件尺寸与工作波长的共度性的机理，也即随着工作频率的向着更高频段拓展的时候，加工工艺会由于尺寸结构变小而大大增加了加工难度，从而使得传统的真空电子器件向着更高频率的毫米波段甚至亚毫米波段的发展遇到一系列的问题。而回旋行波管器件的出现解决了这一难题。理论上回旋行波管器件的尺寸不受工作频率的影响，当工作频率提高时，只要磁场足够大，回旋器件就能够有效工作，并且回旋行波管器件能够获得很高的功率，从而驱动雷达。

回旋行波管是利用电子注与工作模式相互作用，从而将高速运动的电子的能量交给工作模式，从而放大输入的微波信号。因而回旋行波管是一种快波、大功率、宽带宽的放大器，但研究表明回旋行波管的带宽往往受限于输出窗口的工作带宽，并且回旋行波管要能够可靠运行，也需要高真空的内部环境，因而，输出窗是回旋行波管的关键部件之一，其性能的好坏将直接影响到回旋行波管的整体性能。输出窗中窗片的厚度是设计中的关键参数之一，如果其设计不合理，将会导致高频结构部分输出的信号进入输出窗中反射到高频结构中的能量增大，使得回旋行波管高频结构部分工作极其不稳定，扰乱高频结构部分的注波互作用，从而影响其性能。此外，由于输出窗片材料介质损耗的存在，电磁波通过介质损耗大的窗片时，会在窗片中产生较高的热量，从而就会导致窗片温度过高，使窗片破裂。因此，低反射、宽频带以及高功率的输出窗对于提高回旋行波管的整体性能具有十分重要的意义。

发明内容

针对多层输出窗结构中，中间介质层与匹配层存在的介电常数不匹配，导致输出窗的工作频带较窄等问题，本发明提出了一种TE₁₁工作模式超宽带超表面输出窗结构，通过将匹配层设置为圆筒阵列，使匹配层的等效介电常数满足中间介质层的介电常数ε_r的开根号值，从而提高回旋行波管中输出窗的频带宽度。

本发明采用技术方案如下：

一种TE₁₁工作模式超宽带超表面输出窗结构，其特征在于，包括中层介质片，所述中层介质片两侧面分别设置有圆筒阵列作为匹配层；所述圆筒阵列包括若干均匀排布的圆筒结构。

进一步地，所述中层介质片的厚度t为0.52；所述圆筒结构的周期w为0.56mm；所述圆筒结构的高度h为0.44mm，圆筒结构的内半径r₂为0.1mm，外半径r₁为0.22mm。

进一步地，所述圆筒结构与单层介质窗的材料相同。

进一步地，所述圆筒结构的材料与单层介质窗的材料为氧化铍。

该设计的基于匹配层原理的圆筒阵列输出窗结构具有以下优点：

(1)具有超宽的带宽以及较高的传输系数，在77.5GHz到144GHz的频带范围，其中心频率为110.75GHz时，其相对带宽为60.2％，并且在该W和F频段范围内传输系数S₂₁在-0.062dB 以上。

(2)氧化铍的介电损耗比较小，同时又具有良好的散热性能，使得其具有比较高的功率 (脉冲或者平均)容量。

(3)插入损耗小，因此可以避免过大的介质损耗导致温度过高，使得窗片损坏。