一种微带周期曲折线慢波结构

摘要

本发明公开了一种微带周期曲折慢波结构，采用直线结构的介质支撑杆来支撑周期微带曲折线，这样加工难度大大降低，并增加了设计的灵活性。同时，采用金刚石材料制成介质支撑杆，与现有的曲折带状介质支撑杆只能采用半导体工艺才能实现，使用的材料是硅作为基底相比，等效介电常数可以更小(硅的介电常数为11.5，而金刚石的为5.7)，耦合阻抗相比而言更高。此外，嵌入方式的曲折带状介质支撑杆改成直线结构的介质支撑杆直接支撑在周期微带曲折线的下表面，将会使得微带周期曲折慢波结构内部散热的问题变得较为严重，但由于本发明采用的金刚石具有良好的导热性，这样也很好的兼顾了这个问题。

权利要求

1.一种微带周期曲折慢波结构，包括：

一平面上延伸的周期微带曲折线，用于传输电磁波；

其特征在于，还包括：

一介质支撑杆，为直线结构，位于周期微带曲折线的下方，并与周期微带曲折线的延伸方向即传输方向平行，用以支撑所述的周期微带曲折线，并对周期微带曲折线上产生的热量进行散热；电子注在周期微带曲折线的上方，与周期微带曲折线互作用，对电磁波进行放大；

所述介质支撑杆为金刚石材料；

所述介质支撑杆为两根金刚石矩形杆，在周期微带曲折线侧两端分别做上一个适当长度的倒角作为过渡段；介质支撑杆的总高度为2mm，直线结构延伸方向截面是上部为梯形，下部为矩形，下部高度即嵌入腔体的部分深度为1.5mm，上部为0.5mm作为介质支撑杆支撑周期微带曲折线。

说明书

一种微带周期曲折线慢波结构

技术领域

[0001] 本发明属于微波电真空电子器件技术领域，更为具体地讲，涉及行波管、速调管等真空电子器件以及高频率、大功率微波器件中使用的微带周期曲折慢波结构。

背景技术

[0002] 平面行波管是小型化行波管的一个重要发展方向，它所采用的慢波结构比较简单，是由刻在平板型介质衬底上的导体薄带(微带)构成的。这种平面慢波结构一般采用带状电子束，在不增加电流密度的情况下增大总的电流强度。这类行波管具有体积小、重量轻、成本低等优点。

[0003] 现有微带周期曲折线慢波结构是由一根平面金属线在平板型介质衬底上按照一定空间周期重复排列下去的，并且再让相邻微带线在传播方向上交替连接所形成的平面慢波结构。这种平面慢波结构加工简单，造价较低；此外，工作电压相对于波导型的慢波结构来讲，工作电压低，慢波结构的长度也会大幅降低，也同时降低了周期聚焦系统的加工难度。不难看出，采用微带周期曲折线慢波结构的行波管是非常有潜力的微小型毫米波行波管，并且在各种电子系统中以及宽带毫米波通讯等领域均有很好的应用前景。

[0004] 但是随着毫米波技术不断的发展，现有微带周期曲折线慢波结构由于采用的是平板型介质衬底，这种平板型介质衬底在高频段工作的时候，将会提高损耗，使得损耗较大，不利于行波管输出功率的提升。

[0005] 作为改进，现有微带周期曲折线慢波结构，如2017年01月18日公布的、公布号为CN106340433A、名称为“一种介质嵌入的曲折金属带高频结构”的慢波结构。该发明的慢波结构，通过将微带高频结构的介质基板(衬底)替换为与曲折金属带具有相同变化周期的介质支撑杆，同时介质支撑杆部分嵌入曲折金属带，从而形成一种嵌入介质的曲折金属带高频结构。将介质基板替换为介质支撑杆后，介质大幅减少，使得介质面向电子注的暴露面积大幅减小，且介质支撑杆部分嵌入到曲折金属带内，进一步减小了介质的暴露面积，从而降低了电子轰击到介质基底的几率，避免电荷累积效应的产生。同时，为使介质支撑杆能够嵌入曲折金属带，需采用比印制在介质基板上的曲折金属带相对更厚的金属带(曲折金属带厚度t1与介质支撑杆厚度t2的比值(t1/t2)在0.5和2之间)，由于厚度的增加，使得曲折金属带更能承受电子轰击，提高了结构的稳定性，同时，这也增加了二者的接触面积，使得该发明具有更好的导热性。此外，与现有的由介质基板与曲折金属带组成的平面微带高频结构相比，该发明还具有更宽的冷带宽和更高的耦合阻抗。

[0006] 然而，由于介质支撑杆需要与曲折金属带进行相同的弯曲即相同变换周期，其加工较为困难，其次，耦合阻抗还可以进一步提高

发明内容

[0007] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种微带周期曲折慢波结构，以降低介质支持杆的加工难度，同时，进一步提高耦合阻抗。

[0008] 为实现上述发明目的，本发明微带周期曲折慢波结构，包括：

[0009] 一平面上延伸的周期微带曲折线，用于传输电磁波；

[0010] 其特征在于，还包括：

[0011] 一介质支撑杆，为直线结构，位于周期微带曲折线的下方，并与周期微带曲折线的延伸(传输方向)平行，用以支撑所述的周期微带曲折线，并对周期微带曲折线上产生的热量进行散热；电子注在周期微带曲折线的上方，与周期微带曲折线互作用，对电磁波放大进行放大；

[0012] 所述介质支撑杆为金刚石材料。

[0013] 本发明的目的是这样实现的。

[0014] 本发明微带周期曲折慢波结构采用直线结构的介质支撑杆来支撑周期微带曲折线，这样加工难度大大降低，并增加了设计的灵活性。同时，采用金刚石材料制成介质支撑杆，与现有的曲折带状介质支撑杆只能采用半导体工艺才能实现，使用的材料是硅作为基底相比，等效介电常数可以更小(硅的介电常数为11.5，而金刚石的为5.7)，耦合阻抗相比而言更高。此外，嵌入方式的曲折带状介质支撑杆改成直线结构的介质支撑杆直接支撑在周期微带曲折线的下表面，将会使得微带周期曲折慢波结构内部散热的问题变得较为严重，但由于本发明采用的金刚石具有良好的导热性，这样也很好的兼顾了这个问题。

附图说明

[0015] 图1是本发明微带周期曲折慢波结构第一种具体实施方式的结构示意图；

[0016] 图2是本发明微带周期曲折慢波结构第二种具体实施方式的结构示意图；

[0017] 图3是本发明微带周期曲折慢波结构第三种具体实施方式的结构示意图；

[0018] 图4是本发明微带周期曲折慢波结构第四种具体实施方式的结构示意图；

[0019] 图5是本发明微带周期曲折慢波结构第四种具体实施方式的结构示意图；

[0020] 图6是图5所示介质支撑杆侧面视图；

[0021] 图7是图5所示微带周期曲折慢波结构的传输特性曲线；

[0022] 图8是图5所示微带周期曲折慢波结构与背景技术中的介质嵌入的曲折金属带高频结构的耦合阻抗对比曲线图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

[0024] 本发明针对目前毫米波平面行波管中的周期微带曲折线加工困难，提出了利直线结构的介质支撑杆来支撑平面行波管中周期微带曲折线这种结构。周期微带曲折线为平面上延伸的V形或U形结构，介质支撑杆位于V形或U形结构的周期微带曲折线的下方，起支撑和散热的作用，介质支撑杆截面可以是矩形、圆形或椭圆形，电子注在周期微带曲折线的上方与周期微带曲折线互作用，对电磁波放大进行放大。

[0025] 该介质支撑杆与现有技术中的曲折带状介质支撑杆的作用是完全相同的，但是相对于曲折带状介质支撑杆，利用金刚石制作的直线结构介质支撑杆具有很多的优势。首先，本发明介质支撑杆加工难度大大降低，并增加了设计的灵活性；其次，采用金刚石材料制成介质支撑杆，等效介电常数可以更小(硅的介电常数为11.5，而金刚石的为5.7)，耦合阻抗相比而言更高；最后采用的金刚石具有良好的导热性。

[0026] 在具体实施过程中，介质支撑杆在微带周期曲折慢波结构中，既可以是一根，也可以是多根。关于支撑杆安装在腔体内部的问题，既可以将金刚石支撑杆焊接在腔体内，也可以采用在腔体底部开槽的方式，将支撑杆嵌入腔体内，但是要注意，此时介质支撑杆的高度为作为介质的厚度加上嵌入腔体内的深度之和，这样做的话相对于焊接在而言，可以减小因为涂上了焊料之后，实际的支撑杆高度会略微上升，利用开槽的方法，可以使得加工更为精确，同时，经过计算得出，嵌入墙体内的支撑杆不会影响慢波结构原本的传输特性。

[0027] 图1是本发明微带周期曲折慢波结构第一种具体实施方式的结构示意图。

[0028] 在本实施例中，如图1所示，本发明微带周期曲折慢波结构采用的介质支撑杆1为单根金刚石矩形杆，周期微带曲折线2为V形。

[0029] 图2是本发明微带周期曲折慢波结构第二种具体实施方式的结构示意图。

[0030] 在本实施例中，如图2所示，本发明微带周期曲折慢波结构与图1的区别是，介质支撑杆1采用两根金刚石矩形杆。此时，介质暴露面积增加，会一定程度上降低行波管工作性能。

[0031] 图3是本发明微带周期曲折慢波结构第三种具体实施方式的结构示意图。

[0032] 在本实施例中，如图3所示，本发明微带周期曲折慢波结构与图1的区别是，介质支撑杆1为单根金刚石圆形杆。此时，介质暴露面积进一步减小，会一定程度上提高行波管工作性能，但是，由于接触面积减小，散热性能有所降低。

[0033] 图4是本发明微带周期曲折慢波结构第四种具体实施方式的结构示意图。

[0034] 在本实施例中，如图4所示，本发明微带周期曲折慢波结构采用的介质支撑杆1为两根金刚石矩形杆，周期微带曲折线2为U形。

[0035] 图5是本发明微带周期曲折慢波结构第五种具体实施方式的结构示意图。

[0036] 在本实施例中，如图5所示，本发明微带周期曲折慢波结构采用的介质支撑杆1为两根金刚石矩形杆，在周期微带曲折线侧两端分别做上一个适当长度的倒角101作为过渡段。周期微带曲折线2为U形。

[0037] 同时，介质支撑杆1是通过在墙体内部开槽，把介质支撑杆1镶嵌进去，从而达到固定介质支撑杆1的效果，这样也简化了加工工艺。

[0038] 在本实施例中，金刚石制成的介质支撑杆1比前面图1～3中的要高很多，这也主要是因为金刚石质地坚固，但是因为该支撑杆特别薄，基本上也就0.1-0.2mm左右，所以在实际加工的时候，我们为了尽量减小微带曲折线与腔体接触的风险，一般会将介质支撑杆1设计的比较高，这种设计同时为了更好，更牢固地嵌入腔体内。

[0039] 如图6所示，该介质支撑杆1的总高度为2mm。可以看到，截面是以上部为梯形，下部为矩形，图6中标注的嵌入腔体的部分深度为1.5mm，上半部分为0.5mm作为介质支撑杆支撑周期微带曲折线2，两边的倒角则是起到过渡作用，尽量减少边缘效应。

[0040] 图7所示的S11参数为传输特性曲线，从图7可以看出，本发明不会影响慢波结构的传输特性，是可行的方案。

[0041] 在本实施例中，如图8所示，本发明微带周期曲折慢波结构(金刚石支撑杆结构)与背景技术中的介质嵌入的曲折金属带高频结构的耦合阻抗进行对比，我们可以看出，本发明的耦合阻抗更高。

[0042] 尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。