一种金属加载螺旋线慢波结构

摘要

本发明公开了一种金属加载螺旋线慢波结构，在金属管壳与介质夹持杆之间加载金属周期膜片结构，该金属周期膜片结构为沿螺旋线轴线方向呈周期分布的多个空心圆盘构成，这一结构类似于盘荷波导结构。在金属周期膜片结构相邻两个金属膜片之间的区域内，电场纵向分量相对集中，使得由于加载金属条状加载结构造成的螺旋线附近纵向电场分量减小这一现象得以改善，进而提高螺旋线的耦合阻抗。这样，在保证较大工作带宽的基础上，使金属加载螺旋线慢波结构的耦合阻抗也有较大提升，从而使得螺旋线行波管输出功率得到进一步提升。

权利要求

1.一种金属加载螺旋线慢波结构，包括金属管壳、与金属管壳同轴并位于金属管壳中心的螺旋线，以及在螺旋线横截面圆周方向呈间隔120°分布的三根介质夹持杆，三根介质夹持杆内侧端与螺旋线外表面连接，其特征在于，还包括：金属周期膜片结构，加载在金属管壳与介质夹持杆之间，金属周期膜片结构与金属管壳同轴，金属周期膜片结构的内侧与介质夹持杆外侧端连接，外侧与金属管壳内侧相连；

所述金属周期膜片结构为沿螺旋线轴线方向呈周期分布的多个空心圆盘即金属膜片构成；

螺旋线的螺距为p，金属膜片加载的周期也为p；金属周期膜片结构的纵向起始位置与螺旋线的纵向起始位置相距四分之一螺距。

2.根据权利要求1所述的金属加载螺旋线慢波结构，其特征在于，所述螺旋线的内半径为r1，螺旋线的外半径为r2，金属管壳的内半径为r3，螺旋线的螺带宽度为w1，金属膜片的径向高度为w，金属膜片的轴向厚度为h；

结构尺寸为(单位:mm)：螺旋线尺寸r1＝0.65，r2＝0.77，r3＝1.95，w1＝0.25，p＝

0.47,金属膜片尺寸h＝0.23,w＝0.53，p＝0.47。

说明书

一种金属加载螺旋线慢波结构

技术领域

[0001] 本发明属于真空电子器件技术领域，更为具体地讲，涉及一种行波管注‑波互作用结构：一种金属加载螺旋线慢波结构。

背景技术

[0002] 螺旋线慢波结构广泛应用于军事雷达、电子信息对抗、卫星通信等需要宽带工作的电子设备中。相对于耦合腔行波管而言，螺旋线慢波结构色散弱，工作频带宽，但其功率
容量相对较小。

[0003] 在宽带螺旋线中，常用的一种减弱色散拓宽频带范围的方法是加载金属翼片。通过改变纵向电场的分布，使得低频端相速快速降低甚至变为负色散,从而扩展带宽。但是现
有的金属加载螺旋慢波结构在拓宽带宽的同时，也会使耦合阻抗相应减小。

[0004] 图1是现有金属加载螺旋线慢波结构的一种结构示意图。

[0005] 图1所示金属加载螺旋线慢波结构为一种常用于宽带工作的金属翼片加载螺旋线慢波结构。该金属加载螺旋线慢波结构包括管壳1，与管壳1同轴的螺旋线4，在螺旋线4横截
面角向呈间隔120°分布的三根介质夹持杆3，以及在管壳1与介质夹持杆3之间沿着管壳1轴
向加载，角向呈间隔120°分布的三块金属条状加载结构2即金属翼片。介质夹持杆3的形状
可以是矩形，也可以是圆形、扇形、T形等多种形状。金属条状加载结构2的截面也可以是多
种形状。只是在金属条状加载结构2上需要开一凹槽用来插入介质夹持杆3。该金属加载螺
旋线慢波结构通常是负色散、带宽宽，但耦合阻抗不高。

[0006] 图2是现有金属加载螺旋线慢波结构的另一种结构示意图。

[0007] 图2所示金属加载螺旋线慢波结构与图1所示金属加载螺旋线慢波结构的差异主要体现在：介质夹持杆3在金属管壳1横截面内呈角向120°对称分布，而金属条状加载结构2
位于两根介质夹持杆3之间的区域，且金属条状加载结构2之间也呈角向120°对称分布。介
质夹持杆3可以为矩形、扇形、圆形、T形等常见形状，金属条状加载结构2横截面也可以是任
意形状。相比图1的金属加载螺旋线慢波结构而言，这种金属加载方式的色散较强，通常为
正色散，故带宽相对较窄，而耦合阻抗较高。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种金属加载螺旋线慢波结构，在保证较大工作带宽的基础上，使金属加载螺旋线慢波结构的耦合阻抗也有较大提升。

[0009] 为实现上述目的，本发明金属加载螺旋线慢波结构，包括金属管壳、与金属管壳同轴并位于金属管壳中心的螺旋线，以及在螺旋线横截面圆周方向呈间隔120°分布的三根介
质夹持杆，三根介质夹持杆内侧端与螺旋线外表面连接，其特征在于，还包括：

[0010] 金属周期膜片结构，加载在金属管壳与介质夹持杆之间，金属周期膜片结构与金属管壳同轴，金属周期膜片结构的内侧与介质夹持杆外侧端连接，外侧与金属管壳内侧相
连；

[0011] 所述金属周期膜片结构为沿螺旋线轴线方向呈周期分布的多个空心圆盘(金属膜片)构成。

[0012] 本发明的发明目的是这样实现的：

[0013] 本发明金属加载螺旋线慢波结构，在金属管壳与介质夹持杆之间加载金属周期膜片结构，该金属周期膜片结构为沿螺旋线轴线方向呈周期分布的多个空心圆盘构成，这一
结构类似于盘荷波导结构。在金属周期膜片结构相邻两个金属膜片之间的区域内，电场纵
向分量相对集中，使得由于加载金属条状加载结构造成的螺旋线附近纵向电场分量减小这
一现象得以改善，进而提高螺旋线的耦合阻抗。这样，在保证较大工作带宽的基础上，使金
属加载螺旋线慢波结构的耦合阻抗也有较大提升。从而使得螺旋线行波管的输出功率得到
进一步提升。因此本发明兼顾了带宽和功率，适合于倍频程较大功率场合的螺旋线慢波结
构。。

附图说明

[0014] 图1是现有金属加载螺旋线慢波结构的一种结构示意图；

[0015] 图2是现有金属加载螺旋线慢波结构的另一种结构示意图；

[0016] 图3是本发明金属加载螺旋线慢波结构一种具体实施方式的立体结构示意图；

[0017] 图4是图3所示金属加载螺旋线慢波结构的横截面示意图；

[0018] 图5是图3所示金属加载螺旋线慢波结构的纵向剖面示意图；

[0019] 图6是图3所示金属加载螺旋线慢波结构的耦合阻抗曲线图；

[0020] 图7是图3所示金属加载螺旋线慢波结构的色散特性曲线图。

具体实施方式

[0021] 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。

[0022] 螺旋线慢波结构注‑波互作用的原理就是电子注与在螺旋线中传播的电磁波产生的纵向电场交换能量，进而实现信号的放大。在具有金属加载的结构中，越是带宽宽的螺旋
线结构，金属加载的比重就越大，螺旋线附近的纵向场分布因此减小，耦合阻抗相应减小，
例如图1结构。而本发明在金属周期膜片结构相邻两个金属膜片之间的区域内，电场纵向分
量相对集中，使得由于加载金属条状加载结构造成的螺旋线附近纵向电场分量减小这一现
象得以改善，进而提高螺旋线的耦合阻抗。

[0023] 图3是本发明金属加载螺旋线慢波结构一种具体实施方式的立体结构示意图。

[0024] 在本实施例中，如图3所示，本发明金属加载螺旋线慢波结构包括金属管壳1、与金属管壳1同轴并位于金属管壳1中心的螺旋线4，以及在螺旋线4横截面圆周方向呈间隔120°
分布的三根介质夹持杆3，三根介质夹持杆3内侧端与螺旋线4外表面连接。

[0025] 在本发明中，金属加载螺旋线慢波结构还包括金属周期膜片结构5，加载在金属管壳1与介质夹持杆3之间，金属周期膜片结构5与金属管壳1同轴，金属周期膜片结构5的内侧
与介质夹持杆3外侧端连接，外侧与金属管壳1内侧相连；

[0026] 所述金属周期膜片结构5为沿螺旋线4轴线方向呈周期分布的多个空心圆盘(金属膜片)构成。

[0027] 在本实施例中，如图4所示，螺旋线4的内半径为r1，螺旋线4的外半径为r2，金属管壳1的内半径为r3。

[0028] 在本实施例中，如图5所示，螺旋线4的螺带宽度为w1，螺旋线4的螺距为p，金属膜片的径向高度为w，金属膜片的轴向厚度为h，金属膜片加载的周期也为p。

[0029] 本实施例中，金属周期膜片结构5为沿着轴线方向呈周期性加载的空心圆盘(金属膜片)，金属周期膜片结构5的纵向起始位置与螺旋线4的纵向起始位置相距约四分之一螺
距。本发明金属加载螺旋线慢波结构的具体结构尺寸为(单位:mm):螺旋线尺寸r1＝0.65，
r2＝0.77，r3＝1.95，w1＝0.25，p＝0.47,金属膜片尺寸h＝0.23,w＝0.53。

[0030] 通过对本实施例金属加载螺旋线慢波结构的耦合阻抗以及色散特性进行计算，结果分别如图6和图7所示，并将其与图1和图2所示金属加载螺旋线慢波结构高频特性进行对
比。其中图1和图2中的金属翼片加载部分尺寸完全一致，它们二者的螺旋线内半径r1、金属
管壳内半径r3与本实施例金属加载螺旋线慢波结构完全相同。

[0031] 图6中曲线1和曲线2分别是图1所示金属加载螺旋线慢波结构以及图2所示金属加载螺旋线慢波结构的耦合阻抗曲线，曲线3是本实施例螺旋线慢波结构的耦合阻抗曲线。

[0032] 图7中曲线4和曲线5分别是图1所示金属加载螺旋线慢波结构以及图2所示金属加载螺旋线慢波结构的色散曲线，曲线6是本实施例螺旋线慢波结构的的色散曲线。

[0033] 从金属加载螺旋线慢波结构的耦合阻抗以及色散特性对比中可以明显看出，图1所示结构具有最平坦的色散曲线，意味着带宽最宽，图2所示结构的耦合阻抗最高，但是色
散曲线最陡峭，带宽最窄。相比而言，本发明金属加载螺旋线慢波结构比图1所示金属加载
螺旋线结构的耦合阻抗最少高出约10％，尤其低频端改善十分明显，提高约25％，同时色散
曲线也较之图2所示金属加载螺旋线结构平坦许多，与图1所示结构更为接近。意味着加载
金属周期膜片结构的本发明金属加载螺旋线结构，在保证较大工作带宽的基础上，使金属
加载螺旋线慢波结构的耦合阻抗也有较大提升。从而使得螺旋线行波管的输出功率得到进
一步提升。因此本发明兼顾了带宽和功率，适合于倍频程较大功率场合的螺旋线慢波结构。

[0034] 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。