一种共焦波导和圆波导级联的混合式回旋行波管高频系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115938893A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211688174.2(22)申请日2022.12.27(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人姚叶雷戴欣哥王建勋刘国罗勇(74)专利代理机构电子科技大学专利中心51203专利代理师邓黎(51)Int.Cl.H01J23/36(2006.01)H01J25/34(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种共焦波导和圆波导级联的混合式回旋行波管高频系统(57)摘要本发明公开了一种共焦波导和圆波导级联的混合式回旋行波管高频系统，属于微波、毫米波和太赫兹器件技术领域。该高频系统包括轴向级联的共焦波导线性高频段和圆波导非线性高频段。本发明采用了不同波导结构的线性高频段和非线性高频段，高频场在其中具有两种不同的工作模式，其对应的色散特性曲线不同；在共焦波导线性高频段中采用高阶模式工作，实现电子注调制和群聚；在圆波导非线性段中采用低阶过模状态工作，实现电子注和高频场互作用换能。因此，本发明可大大增加线性高频尺寸和散热面积，有效实现毫米波高平均功率/连续波功率回旋行波管工作，提升器件工作频率、功率和稳定性。CN115938893ACN115938893A权利要求书1/1页1.一种共焦波导和圆波导级联的混合式回旋行波管高频系统，其特征在于，该高频系统包括轴向级联的共焦波导线性高频段和圆波导非线性高频段；所述共焦波导线性高频段，包括方筒形的金属外壳、对称设置于金属外壳上下顶面的共焦波导、以及设置于金属外壳内侧壁的吸波介质层。2.如权利要求1所述的一种共焦波导和圆波导级联的混合式回旋行波管高频系统，其特征在于，所述共焦波导两侧分别设置有结构相同的楔形导体柱，所述楔形导体柱的横截面为直角三角形，其中一直角面与金属外壳贴合，另一直角面与共焦波导侧面完整贴合。3.如权利要求1所述的一种共焦波导和圆波导级联的混合式回旋行波管高频系统，其特征在于，所述高频系统采用过模波导结构，其中所述共焦波导线性高频段的工作模式为高阶准高斯模式HE0m模，所述圆波导非线性高频段的工作模式为圆波导TE0n模式，且所述共焦波导线性高频段和圆波导非线性高频段具有相同的截止特性。4.如权利要求3所述的一种共焦波导和圆波导级联的混合式回旋行波管高频系统，其特征在于，共焦波导线性高频段和圆波导非线性高频段具有相同的截止特性时，满足：其中m为正偶数2、4、6…，R为共焦波导曲率半径，r为圆波导半径，xn为零阶贝塞尔函数J0(x)一阶导函数的第n个根。2CN115938893A说明书1/4页一种共焦波导和圆波导级联的混合式回旋行波管高频系统技术领域[0001]本发明属于微波、毫米波和太赫兹器件技术领域，具体涉及一种共焦波导和圆波导级联的混合式回旋行波管高频系统。技术背景[0002]随着新一代高性能雷达、通信等技术的快速发展，系统对大功率信号源工作频率、带宽和功率等性能的要求日益提高。在毫米波波段，具有高宽带和高功率等优点的回旋行波管有广泛的应用前景和发展潜力。[0003]回旋行波管高频系统包括线性高频段和非线性高频段，其中线性高频段为损耗结构，主要实现电子注调制和群聚，而非线性高频段主要实现电子注和电磁波互作用换能。在回旋行波管发展过程中，产生了矩形波导、圆波导、螺旋波纹波导等封闭式高频结构，以及共焦波导、光子晶体波导等开放式高频结构。通常线性高频段和非线性高频段均采用同种波导结构，且工作于相同的波导模式，然而随着工作频率提升，器件尺寸减小，这导致线性高频加载段(尤其是加载段末端)热损耗功率密度增大，器件功率容量急剧下降。发明内容[0004]针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种共焦波导和圆波导级联的混合式回旋行波管高频系统。该高频系统包括直接级联的共焦波导线性高频段和圆波导非线性高频段，通过采用不同类型的波导结构，解决工作频率提升尺寸缩小带来的功率容量下降问题。[0005]本发明采取以下的技术方案实现：[0006]一种共焦波导和圆波导级联的混合式回旋行波管高频系统，其特征在于，该高频系统包括轴向级联的共焦波导线性高频段和圆波导非线性高频段。[0007]所述共焦波导线性高频段，包括方筒形的金属外壳、对称设置于金属外壳上下顶面的共焦波导、以及设置于金属外壳内侧壁的吸波介质层。[0008]进一步地，所述共焦波导两侧分别设置有结构相同的楔形导体柱，所述楔形导体柱的横截面为直角三角形，其中一直角面与金属外壳贴合，另一直角面与共焦波导侧面完整贴合。[0009]进一步地，所述高频系统采用过模波导结构，其中所述共焦波导线性高频段的工作模式为高阶准高斯模式HE0m模，所述圆波导