一种折叠波导慢波结构和真空电子管的制作方法

本技术涉及真空电子器件领域，尤其涉及一种折叠波导慢波结构和真空电子管。

背景技术：

1、目前，在太赫兹波段行波管中主要研究的慢波结构有折叠波导、矩形交错双栅、双排矩形栅齿等结构。太赫兹波的工作波长很短，由于尺寸共渡效应的影响，高频系统的尺寸变得非常小，因此加工难度大、加工精度低，使得高频系统的反射大、损耗大。折叠波导慢波结构具有宽带宽、低损耗、高导热以及易于加工和装配的特点，被广泛应用为行波管的慢波结构。

2、然而，常规折叠波导慢波结构在电磁波传输方向上的电场强度相对较弱，因而其耦合阻抗较小，导致折叠波导行波管的输出功率、互作用效率较小、增益较低和饱和互作用长度较长等缺陷，不利于实现小型化；或者，波导边界非平滑连接，具有突变点，不具有一阶连续性和渐变性，反射系数相对较大，突变处电场集中，导致电磁波传输损耗过大，加工时突变处受力不均匀，影响加工精度和加工质量。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种折叠波导慢波结构和真空电子管，能够提高耦合阻抗，提升总的输出功率，减小了功率饱和时所需要的慢波线长度，从而实现了高功率小型化的目的，同时具有一阶连续渐变性，反射系数和传输损耗小，且有利于提高加工精度和加工质量。

2、为此，本技术的实施例采用如下技术方案：

3、第一方面，本技术实施例提供一种折叠波导慢波结构，所述折叠波导慢波结构包括一个或依次连接的至少两个折叠波导单元，所述折叠波导单元包括：平滑弯曲波导段，具有中轴面，且关于所述中轴面对称；第一直波导段和第二直波导段，分别位于所述平滑弯曲波导段的两端，且关于中轴面对称；第一弯曲波导段和第二弯曲波导段，所述第一弯曲波导段位于所述第一直波导段的远离所述平滑弯曲波导段的端部，所述第二弯曲波导段位于所述第二直波导段的远离所述平滑弯曲波导段的端部，且所述第一弯曲波导段和所述第二弯曲波导段关于所述中轴面对称；其中，所述第一弯曲波导段、所述第一直波导段、所述平滑弯曲波导段、所述第二直波导段和第二弯曲波导段各自的内表面依次平滑相连且各自的外表面依次平滑相连，所述平滑弯曲波导段的内表面和外表面之间的宽度不小于所述第一直波导段或所述第二直波导段的内表面和外表面之间的宽度，且至少部分所述平滑弯曲波导段的宽度大于所述第一直波导段或所述第二直波导段的宽度。

4、本技术实施例中，依次排列的多个波导段各自的内表面和各自的外表面分别平滑相连，平滑弯曲波导段的宽度不小于直波导段的宽度，且至少部分平滑弯曲波导段的宽度大于直波导段的宽度，从而使得在电磁波传输方向上的电场强度相对较强，提高了耦合阻抗，提升了总的输出功率，减小了功率饱和时所需要的慢波线长度，有助于实现高功率小型化的目的，同时具有一阶连续渐变性，一方面反射系数和传输损耗小，另一方面有利于提高加工精度和加工质量。另外，需说明的是，中轴面与至少两个折叠单元的排列方向垂直，折叠波导慢波结构是在金属上加工的中空结构，工作时需要先抽真空。

5、在一种可能的实现方式中，所述平滑弯曲波导段的横截面的内侧弯曲线和外侧弯曲线各自的两端的切线与所述平滑弯曲波导段的横截面的中轴线的延伸方向一致，实现所述平滑弯曲波导段的两端分别与所述第一直波导段和所述第二直波导段以相切方式平滑连接，其中：所述平滑弯曲波导段的宽度在所述中轴面处最大或在所述中轴面与所述平滑弯曲波导段的端部之间沿弯曲方向的中部最大。也就是说，平滑弯曲波导段的外表面的两端分别与第一直波导段的外表面和第二直波导段的外表面相切连接，平滑弯曲波导段的内表面的两端分别与第一直波导段的内表面和第二直波导段的内表面相切连接，这样平滑弯曲波导段的两端的宽度与波导段的宽度相等。并且，当平滑弯曲波导段的宽度在中轴面处最大时，平滑弯曲波导段的宽度可沿平滑弯曲波导段的两端分别至中轴面的方向增大；当平滑弯曲波导段的宽度在中轴面与平滑弯曲波导段的端部之间沿弯曲方向的中部最大时，平滑弯曲波导段的宽度可从平滑弯曲波导段的端部和中轴面处分别沿着弯曲方向朝向彼此增大。另外，可以理解的是，在满足使用要求的前提下，平滑弯曲波导段的宽度也可在除上述提到的中轴面和中部以外的其他位置处达到最大。

6、在一种可能的实现方式中，所述平滑弯曲波导段的两端的宽度与所述第一直波导段或所述第二直波导段的宽度相等，且所述平滑弯曲波导段的宽度沿所述平滑弯曲波导段的两端分别至所述中轴面的方向增大，其中：所述平滑弯曲波导段的横截面的外侧弯曲线沿中轴线的纵向尺寸大于沿垂直于所述中轴线的横向尺寸，所述平滑弯曲波导段的横截面的内侧弯曲线沿所述中轴线的纵向尺寸大于或等于或小于沿垂直于所述中轴线的横向尺寸；或，所述平滑弯曲波导段的横截面的外侧弯曲线沿中轴线的纵向尺寸等于或小于沿垂直于所述中轴线的横向尺寸，所述平滑弯曲波导段的横截面的内侧弯曲线沿所述中轴线的纵向尺寸小于沿垂直于所述中轴线的横向尺寸。也就是说，当平滑弯曲波导段的宽度在中轴面处最大时，可有以下两种情况。第一种情况是外侧弯曲线的纵向尺寸可大于横向尺寸，例如外侧弯曲线可为第一半椭圆线；此时，内侧弯曲线的纵向尺寸可大于横向尺寸，例如内侧弯曲线可为第二半椭圆线，且第二半椭圆线与第一半椭圆线不同；或者内侧弯曲线的纵向尺寸可等于横向尺寸，例如内侧弯曲线可为半圆弧线；或者，内侧弯曲线的纵向尺寸可小于横向尺寸，例如内侧弯曲线可为两个圆弧线和连接于两个圆弧线之间的余弦线的组合。第二种情况是外侧弯曲线的纵向尺寸等于或小于横向尺寸，其中，当外侧弯曲线的纵向尺寸等于横向尺寸时，外侧弯曲线例如可为半圆弧线，当外侧弯曲线的纵向尺寸小于横向尺寸时，外侧弯曲线例如可为两个第一圆弧线和第一余弦线的组合；此时，内侧弯曲线的纵向尺寸可小于横向尺寸，例如内侧弯曲线可为两个第二圆弧线和第二余弦线的组合，且第一圆弧线的半径大于第二圆弧线的半径，第一余弦线和第二余弦线可相同，也可不同。另外，需说明的是，上述两种情况均需满足：平滑弯曲波导段的宽度不小于第一直波导段或第二直波导段的宽度，且至少部分平滑弯曲波导段的宽度大于第一直波导段或第二直波导段的宽度。

7、在一种可能的实现方式中，所述内侧弯曲线和所述外侧弯曲线分别包括以下类型中的一者：两个圆弧线和连接于所述两个圆弧线之间的余弦线；两个圆弧线和连接于所述两个圆弧线之间的抛物线的顶部部分；两个圆弧线和连接于所述两个圆弧线之间的半椭圆线的顶部部分；其中，所述外侧弯曲线和所述内侧弯曲线各自的两个圆弧线沿弯曲方向远离彼此的端部的切线与所述中轴线的延伸方向一致，实现所述平滑弯曲波导段的两端分别与所述第一直波导段和所述第二直波导段以相切方式平滑连接。也就是说，外侧弯曲线的两个圆弧线之间的部分可与内侧弯曲线的两个圆弧线之间的部分相同，或者不同。当外侧弯曲线的两个圆弧线之间的部分与内侧弯曲线的两个圆弧线之间的部分相同时，内侧弯曲线和外侧弯曲线的类型相同，例如，内侧弯曲线和外侧弯曲线均为两个圆弧线和连接于所述两个圆弧线之间的余弦线。当外侧弯曲线的两个圆弧线之间的部分与内侧弯曲线的两个圆弧线之间的部分不同时，内侧弯曲线和外侧弯曲线的类型不同，例如，内侧弯曲线为两个圆弧线和连接于所述两个圆弧线之间的余弦线，外侧弯曲线为两个圆弧线和连接于所述两个圆弧线之间的抛物线的顶部部分。另外，外侧弯曲线的两个圆弧线的半径大于内侧弯曲线的两个圆弧线的半径。并且，两个圆弧线之间的部分除了余弦线、抛物线和椭圆线以外，还可替换为其他连续型的弯曲线。

8、在一种可能的实现方式中，所述内侧弯曲线和所述外侧弯曲线的类型相同，且所述外侧弯曲线的两个圆弧线之间的部分由所述内侧弯曲线的两个圆弧线之间的余弦线或抛物线的顶部部分或半椭圆线的顶部部分平移获得；和/或，所述内侧弯曲线的所述圆弧线的圆心角的度数与所述外侧弯曲线的所述圆弧线的圆心角的度数相同。也就是说，平移内侧弯曲线的两个圆弧线之间的部分可获得外侧弯曲线的两个圆弧线之间的部分，此时，内侧弯曲线的两个圆弧线之间的部分与外侧弯曲线的两个圆弧线之间的部分沿至少两个折叠波导单元的排列方向的尺寸相同。另外，通过合理设计，可使内侧弯曲线的圆弧线的圆心角的度数与外侧弯曲线的圆弧线的圆心角的度数不同，或者，可使内侧弯曲线的圆弧线的圆心角的度数与外侧弯曲线的圆弧线的圆心角的度数相同。

9、在一种可能的实现方式中，所述内侧弯曲线和外侧弯曲线中的圆弧线的圆心角的度数均为45°，即为八分之一圆弧。所述内侧弯曲线的所述圆弧线的半径所述外侧弯曲线的所述圆弧线的半径所述外侧弯曲线的两个圆弧线之间的部分由所述内侧弯曲线的两个圆弧线之间的部分平移获得，且平移距离其中，b为所述第一直波导段或所述第二直波导段的宽度，p为所述第一直波导段的中轴面与所述第二直波导段的中轴面之间的距离，s为所述内侧弯曲线的两个圆弧线之间的部分沿所述两个折叠波导单元排列方向的尺寸。

10、在一种可能的实现方式中，所述内侧弯曲线为第一半椭圆线，所述外侧弯曲线为第二半椭圆线，所述第一半椭圆线和所述第二半椭圆线各自的两端的切线与所述中轴线的延伸方向一致，实现所述平滑弯曲波导段的两端分别与所述第一直波导段和所述第二直波导段以相切方式平滑连接。也就是说，内侧弯曲线和外侧弯曲线均为半椭圆线，且两者的尺寸不同，这样保证，作为内侧弯曲线的第一半椭圆线的两端能够分别与第一直波导段的内侧面和第二直波导段的内侧面相切连接，作为外侧弯曲线的第二半椭圆线的两端能够分别与第一直波导段的外侧面和第二直波导段的外侧面相切连接，从而实现平滑弯曲波导段的两端分别与第一直波导段和所述第二直波导段平滑连接。

11、在一种可能的实现方式中，所述内侧弯曲线和所述外侧弯曲线中的一者包括两个圆弧线和连接于所述两个圆弧线之间的弯曲线，另一者包括半椭圆线，所述弯曲线包括余弦线、抛物线的顶部部分和半椭圆线的顶部部分中的一者；并且，所述两个圆弧线沿弯曲方向远离彼此的端部的切线和所述半椭圆线的两端的切线均与所述平滑弯曲波导段的横截面的中轴线的延伸方向一致，实现所述平滑弯曲波导段的两端分别与所述第一直波导段和所述第二直波导段以相切方式平滑连接。也就是说，内侧弯曲线和外侧弯曲线的类型可不同，两者中的一者可为两个圆弧线和弯曲线的组合，另一者可为半椭圆线，且两个圆弧线的端部能够与直波导段的外侧面或内侧面相切连接，半椭圆线的两端能够与直波导段的内侧面或外侧面相切连接。

12、在一种可能的实现方式中，所述外侧弯曲线包括两个圆弧线和连接于所述两个圆弧线之间的弯曲线或包括半椭圆线，所述弯曲线包括余弦线、抛物线的顶部部分和半椭圆线的顶部部分中的一者；所述内侧弯曲线包括两个余弦线，所述两个余弦线各自的第一端平滑连接，所述两个余弦线各自的第二端的切线以及所述两个圆弧线沿弯曲方向远离彼此的端部的切线或所述半椭圆线的两端的切线与所述平滑弯曲波导段的横截面的中轴线的延伸方向一致，实现所述平滑弯曲波导段的两端分别与所述第一直波导段和所述第二直波导段以相切方式平滑连接。也就是说，内侧弯曲线和外侧弯曲线的类型可不同，内侧弯曲线可为两个余弦线，外侧弯曲线可为两个圆弧线和弯曲线的组合或者可为半椭圆线，并且两个余弦线的沿弯曲方向远离彼此的端部能够与直波导段的内侧面相切连接，两个圆弧线的沿弯曲方向远离彼此的端部或半椭圆线的两端能够与直波导段的外侧面相切连接。

13、在一种可能的实现方式中，所述内侧弯曲线为半圆弧线，所述外侧弯曲线沿所述中轴线方向的纵向尺寸大于沿垂直于所述中轴线方向的横向尺寸，所述外侧弯曲线包括两个圆弧线和弯曲线或包括半椭圆线；或，所述外侧弯曲线为半圆弧线，所述内侧弯曲线沿所述中轴线方向的纵向尺寸小于沿垂直于所述中轴线方向的横向尺寸，所述内侧弯曲线包括两个圆弧线和弯曲线或包括半椭圆线；其中，所述弯曲线连接于所述两个圆弧线之间，且包括余弦线、抛物线的顶部部分和半椭圆线的顶部部分中的一者。也就是说，内侧弯曲线和外侧弯曲线的类型可不同，两者中的一者可为半圆弧线，其中：当内侧弯曲线为半圆弧线时，如果要保证平滑弯曲波导段的至少部分宽度大于直波导段的宽度，则外侧弯曲线的纵向尺寸需大于横向尺寸，外侧弯曲线可包括两个圆弧线和弯曲线或者可包括半椭圆线；当外侧弯曲线为半圆弧线时，如果要保证平滑弯曲波导段的至少部分宽度大于直波导段的宽度，则内侧弯曲线的纵向尺寸需小于横向尺寸，内侧弯曲线可包括两个圆弧线和弯曲线或包括半椭圆线。

14、在一种可能的实现方式中，所述平滑弯曲波导段的两端的宽度与所述第一直波导段或所述第二直波导段的宽度相等，所述平滑弯曲波导段的中轴面处的宽度大于或等于所述第一直波导段或所述第二直波导段的宽度，且所述平滑弯曲波导段的宽度从所述平滑弯曲波导段的端部和所述中轴面处沿着弯曲方向朝向彼此增大。也就是说，在平滑弯曲波导段的宽度在中轴面与平滑弯曲波导段的端部之间沿弯曲方向的中部达到最大，具体地，平滑弯曲波导段的宽度在与中轴面的夹角为45度且经过平滑弯曲波导段两端的中间点的截面处最大，这样从平滑弯曲波导段端部至该截面，平滑弯曲波导段的宽度增大；从平滑弯曲波导段的中轴面至该截面，平滑弯曲波导段的宽度增大。

15、在一种可能的实现方式中，所述平滑弯曲波导段的横截面的内侧弯曲线为半圆弧线，所述平滑弯曲波导段的横截面的外侧弯曲线沿中轴线方向的纵向尺寸等于沿垂直于中轴线方向的横向尺寸，所述外侧弯曲线包括两个余弦线，两个余弦线各自的第一端相切连接，两个余弦线各自的第二端的切线以及所述半圆弧线的两端的切线与中轴线的延伸方向一致，实现所述平滑弯曲波导段的两端分别与所述第一直波导段和所述第二直波导段以相切方式平滑连接。也就是说，内侧弯曲线可为半圆弧线，外侧弯曲线可为两个余弦线，两者形成的平滑弯曲波导段的横截面的宽度可从中轴面和平滑弯曲波导段的端部分别沿着弯曲方向朝向彼此增大，且在中轴面与平滑弯曲波导段的端部之间沿弯曲方向的中部最大。

16、在一种可能的实现方式中，所述平滑弯曲波导段的横截面的内侧弯曲线和外侧弯曲线分别包括以下类型中的一者：两个余弦线，所述余弦线各自的第一端平滑连接，所述两个余弦线各自的第二端的切线与所述平滑弯曲波导段的横截面的中轴线的延伸方向一致，实现所述平滑弯曲波导段的两端分别与所述第一直波导段和所述第二直波导段以相切方式平滑连接；两个抛物线的顶部部分，所述两个抛物线的顶部部分各自的第一端平滑连接，所述两个抛物线的顶部部分各自的第二端的切线与所述平滑弯曲波导段的横截面的中轴线的延伸方向一致，实现所述平滑弯曲波导段的两端分别与所述第一直波导段和所述第二直波导段以相切方式平滑连接；两个半椭圆线的顶部部分，所述两个半椭圆线的顶部部分各自的第一端平滑连接，所述两个半椭圆线的顶部部分各自的第二端的切线与所述平滑弯曲波导段的横截面的中轴线的延伸方向一致，实现所述平滑弯曲波导段的两端分别与所述第一直波导段和所述第二直波导段以相切方式平滑连接。也就是说，平滑弯曲波导段的横截面的内侧弯曲线和外侧弯曲线的类型可以不同，例如一者为两个余弦线，另一者为两个抛物线；或者，平滑弯曲波导段的横截面的内侧弯曲线和外侧弯曲线的类型可以相同，例如两者均为两个余弦线。需说明的是，无论两者类型相同还是不同，均需满足：平滑弯曲波导段的宽度不小于第一直波导段或第二直波导段的宽度，且至少部分平滑弯曲波导段的宽度大于第一直波导段或第二直波导段的宽度。

17、在一种可能的实现方式中，所述第一弯曲波导段和所述平滑弯曲波导段的一半关于所述第一直波导段的中心为中心对称结构；所述第二弯曲波导段和所述平滑弯曲波导段的另一半关于所述第二直波导段的中心为中心对称结构；和/或，所述第一直波导段和所述第二直波导段上分别设置有电子注通道，所述电子注通道的横截面形状为圆形或矩形。

18、第二方面，本技术实施例提供一种真空电子管，所述真空电子管包括上述第一方面提供的折叠波导慢波结构。其中，真空电子管可为行波管、返波管、速调管和磁控管中的一种。

19、本技术实施例的其他特征和优点将在随后的具体实施例部分予以详细说明。