一种波纹外壳U型微带慢波结构的制作方法

本发明属于带状束行波管慢波系统技术领域，更为具体地讲，涉及一种波纹外壳u型微带慢波结构。

背景技术：

行波管作为一种微波功率器件，具有非常广泛的应用领域，针对不同的应用方式，行波管具有不同的特点，通常来说，行波管的优点有，频带宽、功率大、增益高、效率高、增益大以及寿命长等，但是在绝大多数情况下，一只行波管不能同时具有所有的优点，而是各有所长，具有不同优点的行波管被应用到不同的领域。

慢波结构是为了实现在行波型电子器件中加强运动电子与电磁场的相互作用，使电子流的能量更有效地转换成电磁波的高频能量的装置。慢波结构作为行波管的核心部分，其好坏直接决定着行波管技术水平的优劣。

微带慢波结构是一类二维的平面结构，是由介质基板和安放在介质基板上的具有一定周期的微带线排列而成。就现有的微带慢波结构而言，存在传输特性差、带宽窄等缺点，需要进行进一步的技术改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种波纹外壳u型微带慢波结构，对介质基板和金属外壳的形状进行改进，有效增大u型微带慢波结构的带宽。

为实现上述发明目的，本发明波纹外壳u型微带慢波结构，包括u型金属慢波线、介质基板和金属外壳，其中u型金属慢波线固定在介质基板上，金属外壳用于夹持介质基板，使u型金属慢波线悬置于金属外壳内腔内，所述u型金属慢波线为周期结构，每个周期包括3根垂直于注波互作用方向的直线段金属线和交错连接上述3根直线段金属线的2根半圆弧金属线，记每个周期在注波互作用方向上的长度为p，则相邻两根直线段金属线之间的距离为p/2，半圆弧金属线的半径为p/4，半圆弧金属线的圆心与所连接的两条直线段金属线同侧端点的中点重合；

介质基板上与注波互作用方向平行的两个侧边为波纹状，波纹单元是半径为p的半圆弧，其中p＞p/4，每个波纹单元的圆心分别与一个半圆弧金属线的圆心重合；

金属外壳的内腔中，对介质基板进行夹持的侧面在介质基板方向上的投影与介质基板侧边的波纹相同。

本发明波纹外壳u型微带慢波结构，在现有u型微带慢波结构的基础上，将介质基板上与注波互作用方向平行的两个侧边修改为波纹状，波纹单元为半圆弧，其半径大于u型金属慢波线中半圆弧金属线的半径，每个波纹单元的圆心分别与一个半圆弧金属线的圆心重合，同时对金属外壳进行改进，使金属外壳的内腔中对介质基板进行夹持的侧面在介质基板方向上的投影与介质基板侧边的波纹相同。本发明可以有效增大u型微带慢波结构的带宽。

附图说明

图1是本发明波纹外壳u型微带慢波结构的具体实施方式结构图；

图2是图1所示波纹外壳u型微带慢波结构的内部结构图；

图3是本发明中u型金属慢波线和介质基板的俯视图；

图4是本实施例的传输特性仿真结果；

图5是本实施例的归一化相速度仿真结果。

具体实施方式

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。

实施例

图1是本发明波纹外壳u型微带慢波结构的具体实施方式结构图。为了显示波纹外壳u型微带慢波结构的内部结构，图1中的金属外壳隐藏了顶盖。图2是图1所示波纹外壳u型微带慢波结构的内部结构图。为了更清楚地展示波纹外壳u型微带慢波结构的内部结构，图2中隐藏了金属外壳。如图1和图2所示，与常规的u型微带慢波结构类似，本发明波纹外壳u型微带慢波结构包括u型金属慢波线1、介质基板2和金属外壳3，其中u型金属慢波线1固定在介质基板2上，金属外壳3用于夹持介质基板2，使u型金属慢波线1悬置于金属外壳3内腔内。在u型微带慢波结构中，会根据需要在合适位置添加上电子枪4的电子入射口5、信号输入口6和信号输出口7。

图3是本发明中u型金属慢波线和介质基板的俯视图。如图3所示，u型金属慢波线1为周期结构，每个周期包括3根垂直于注波互作用方向的直线段金属线和交错连接上述3根直线段金属线的2根半圆弧金属线，记每个周期在注波互作用方向上的长度为p，则相邻两根直线段金属线之间的距离为p/2，半圆弧金属线的半径为p/4，半圆弧金属线的圆心与所连接的两条直线段金属线同侧端点的中点重合。在平面金属慢波线每个周期所包含的3根直线段金属线中，假设中间的第二根直线段金属线的长度为l，那么第一根直线段金属线和第二根直线段金属线的长度之和为l。与通用表述类似，本申请文件中所述的尺寸未考虑各部件的厚度，即所述尺寸的起点和终点为部件厚度方向的中点。

在本发明中对介质基板2和金属外壳3的形状进行了改进，如图3所示，介质基板2上与注波互作用方向平行的两个侧边为波纹状，波纹单元是半径为p的半圆弧，其中p＞p/4，即波纹单元半圆弧的半径大于u型金属慢波线中半圆弧金属线的半径，每个波纹单元的圆心分别与一个半圆弧金属线的圆心重合，即介质基板2略宽于u型金属慢波线，其侧边形状可以视为u型金属慢波线侧边轮廓的相似图形。波纹单元的半径p可以根据需要进行设置，本实施例中优选设置为p＝p/2。

为了适应介质基板2的形状改进，金属外壳3的内腔中对介质基板进行夹持的侧面，在介质基板2方向上的投影与介质基板2侧边的波纹相同。可以视为以介质基板的平面结构为底，进行垂直拉伸所形成的形状即为金属外壳3内腔的形状。

本发明通过对介质基底和金属外壳的改进，可以改善慢波结构的连续性，从而改善慢波结构中的场分布，减小慢波结构中的不连续性，同时减小了慢波结构中的电抗分量，实现了比普通微带型慢波结构具有更好的传输特性与色散特性，极大地增加了微带型慢波结构的带宽。本发明改进得到的结构可以使得周期性慢波结构中的电磁波传输情况更加接近于均匀屏蔽微带线中的电磁波传输情况，而在均匀屏蔽微带线中的电磁波的传输模式为qtem模式，其色散极弱，相速度随频率变化缓慢，从而使得周期性慢波结构所对应的同步电压随频率变化缓慢，即在同一个工作电压下，有更大频率范围的电磁波能与电子达成同步条件。结合以上两点可知，本发明相对于传统的u型微带慢波结构具有更宽的带宽。

为了更好地说明本发明的技术效果，对本发明进行仿真验证。图4是本实施例的传输特性仿真结果。图4中s11为输入反射系数，也就是输入回波损耗，s21为正向传输系数，也就是增益。如图4所示，在0到50ghz范围内，本实施例的反射系数小于-20db，在0到24ghz范围内甚至小于-30db，可见本发明在相当大的带宽内具有良好的传输特性。

图5是本实施例的归一化相速度仿真结果。归一化相速度用于体现慢波结构的色散特性。如图5所示，在0到80ghz范围内，本实施例的同步电压变化范围很小，与图4结合可以说明本发明具有较大带宽。

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。