一种消除折叠波导慢波结构第一止带的方法

摘要

本发明提出了一种消除折叠波导慢波结构第一止带的方法，包括以下步骤：将电子注通道设置于折叠波导慢波结构的中轴线上；控制单周期内电子注通道的长度与所述电子注通道的半径的比值d的范围：0.95≤d≤1.13，以使折叠波导慢波结构工作过程中，矩形波导中的电磁波和所述电子注通道直接耦合，避免出现自激振荡，同时可以进一步拓展真空电子器件的带宽性能。

权利要求

1.一种消除折叠波导慢波结构第一止带的方法，其特征在于，包括以下步骤：将电子注通道设置于折叠波导慢波结构的中轴线上，其中所述折叠波导慢波结构为矩形波导沿着电场面按照周期结构弯曲而成；

控制单周期内电子注通道的长度与所述电子注通道的半径的比值d的范围：0.95≤d≤

1.13，以使折叠波导慢波结构工作过程中，矩形波导中的电磁波和所述电子注通道直接耦合。

2.根据权利要求1所述的消除折叠波导慢波结构第一止带的方法，其特征在于，所述比值d＝(p-b)/rc，其中p为折叠波导慢波结构的半几何周期，b为矩形波导的窄边长，rc为所述电子注通道的半径。

说明书

一种消除折叠波导慢波结构第一止带的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及真空电子器件技术领域，尤其涉及一种消除折叠波导慢波结构第一止带的方法。

背景技术

[0002] 国外高频率真空电子器件的研制表明，折叠波导已经成为目前最常用的一种慢波结构。在折叠波导慢波结构中，电磁波在矩形波导内传播，电子注在圆柱型电子注通道中传输。慢波结构作为一种周期结构，一般会在色散曲线中存在止带。在折叠波导慢波结构中，波导弯曲和电子注通道由于存在不匹配都会产生一部分反射，这些反射虽然很小，但是不能忽略，经过多周期多点反射的叠加，导致折叠波导慢波结构的色散曲线中产生了止带，特别是第一止带位于几何周期相位移动为4π附近的位置容易产生自激振荡，成为了折叠波导行波管研制中最重要的技术问题。因此，需要一种消除折叠波导慢波结构第一止带的方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

发明内容

[0003] 本发明提供一种消除折叠波导慢波结构第一止带的方法，避免出现自激振荡，同时可以进一步拓展真空电子器件的带宽性能。

[0004] 本发明采用的技术方案是：一种消除折叠波导慢波结构第一止带的方法，其包括以下步骤：将电子注通道设置于折叠波导慢波结构的中轴线上；控制单周期内电子注通道的长度与所述电子注通道的半径的比值d的范围：0.95≤d≤1.13，以使折叠波导慢波结构工作过程中，矩形波导中的电磁波和所述电子注通道直接耦合。

[0005] 优选地，所述比值d＝(p-b)/rc，其中p为折叠波导慢波结构的半几何周期，b为矩形波导的窄边长，rc为所述电子注通道的半径。

[0006] 采用上述技术方案，本发明至少具有下列效果：

[0007] 本发明的消除折叠波导结构第一止带的方法，利用矩形波导中的电磁波和电子注通道直接耦合，控制折叠波导慢波结构的色散曲线的第一止带特性，使高频率折叠波导行波管避免出现自激振荡，同时可以进一步拓展器件的带宽性能。

附图说明

[0008] 图1为本发明的消除折叠波导慢波结构第一止带方法的流程图；

[0009] 图2为采用图1所示消除折叠波导慢波结构第一止带方法制成的折叠波导慢波结构的剖面示意图；

[0010] 图3为图2所示折叠波导慢波结构的色散曲线；

[0011] 图4为图2所示折叠波导慢波结构在几何周期相移为4π时第一止带附近的轴线耦合阻抗的示意图；

[0012] 图5为利用微波工作室软件仿真得到图2所示折叠慢波结构，考虑高频损耗后的特性。

[0013] 其中，1-矩形波导；2-电子注通道。

具体实施方式

[0014] 为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

[0015] 本发明提供的消除折叠波导慢波结构第一止带的方法，避免折叠波导行波管出现自激振动。下面将详细地描述本发明的消除折叠波导慢波结构第一止带的方法及其各个步骤。

[0016] 如图1所示，本发明的消除折叠波导慢波结构第一止带的方法，包括以下步骤：步骤S10：将电子注通道设置于折叠波导慢波结构的中轴线上。步骤S20：控制单周期内电子注通道的长度与电子注通道的半径的比值d的范围：0.95≤d≤1.13，以使折叠波导慢波结构工作过程中，矩形波导中的电磁波和电子注通道直接耦合。折叠波导慢波结构的色散曲线中存在止带，特别是第一止带是造成折叠波导行波管出现自激振荡，通过本发明的方法可以消除上述第一止带。

[0017] 图2示出的是采用本发明折叠波导慢波结构第一止带方法制成的折叠波导慢波结构的剖面示意图，其中剖面线部分为金属，无填充部分代表真空材料，由折叠的矩形波导1和圆柱形电子注通道2构成，矩形波导1沿电场面弯曲，电子注通道2位于折叠波导慢波结构的中轴线上，单周期电子注通道长度和半径的比为d＝(p-b)/rc，该比值限定在0.95到1.13的范围内。

[0018] 作为优选地，比值d＝(p-b)/rc，其中p为折叠波导慢波结构的半几何周期，b为矩形波导的窄边长，rc为电子注通道的半径。

[0019] 图3表示图2所示折叠波导慢波结构的色散曲线，图2所示折叠波导慢波结构的具体结构尺寸如下(单位：mm)：a＝2，b＝0.47，p＝0.72，h＝0.8，rc＝0.24，d＝0.89。从图3可以看出，在无限长、无损耗的理想条件下，该折叠波导慢波结构的色散曲线中的第一止带消失。

[0020] 图4表示图2所示折叠波导慢波结构在几何周期相移为4π附近时第一止带的轴线耦合阻抗，图2所示折叠波导慢波结构的具体结构尺寸如下(单位：mm)：a＝2，b＝0.47，p＝0.72，h＝0.8，rc＝0.24，d＝0.89。作为参考，图中C和D表示现有技术折叠波导慢波结构的轴线耦合阻抗，而C’和D’表示图2所示折叠波导慢波结构的轴线耦合阻抗。通过比较可以得出，在无限长、无损耗的理想条件下，周期相移为4π附近时第一止带上截止频率的耦合阻抗降低很多，表明此时不稳定产生的根源得到了某种程度上的消除。

[0021] 图5示出的是利用三维电磁软件对图2所示折叠波导慢波结构进行模拟，采用了频域的分析方法提高计算的精度，另外为了接近实际情况，在考虑高频损耗的条件下，对长度为20p的折叠波导慢波结构第一止带附近的传输特性进行重点分析。结果显示，传统的折叠波导慢波结构的电子注通道长径比为1.75，通过S11参数结果，在止带附近矩形波导1的电磁场近似呈现驻波状态，容易造成自激振荡。采用图2所示折叠波导慢波结构，通过控制电子注通道长度和半径的比值在0.958到1.125的范围内，图5中在上述范围的取值包括d＝0.958，d＝1，d＝1.042，d＝1.083，d＝1.125，S11参数均在-10dB线下方，说明该折叠波导慢波结构的第一止带减小甚至消除。说明图2所示折叠波导慢波结构能够解决折叠波导行波管存在的自激振荡问题，除此之外还可以利用本方法进一步拓展以折叠波导慢波结构为核心的微波电真空器件的带宽性能。

[0022] 通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。