一种基于指数函数的渐变栅宽型交错双栅慢波结构.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115831689A(43)申请公布日2023.03.21(21)申请号202211582953.4(22)申请日2022.12.09(71)申请人南京信息工程大学地址210032江苏省南京市江北新区宁六路219号(72)发明人赵晨许航(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200专利代理师王慧(51)Int.Cl.H01J23/24(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图5页(54)发明名称一种基于指数函数的渐变栅宽型交错双栅慢波结构(57)摘要本发明公开了一种基于指数函数的渐变栅宽型交错双栅慢波结构，由多个单个栅体在矩形波导内周期性排布构成；所述单个栅体为上栅单元与下栅单元交错排布的双栅结构，上栅单元与下栅单元之间设有一定间距、为带状电子注通道；上栅单元与下栅单元的结构相同，所述上/下栅单元的截面形状如下：两端为矩形，中部的截面轮廓曲线为指数函数。本发明在相位速度相近的前提下，纵向电场幅值高，从而耦合阻抗高，为行波管提供更高的输出功率、增益和电子效率。CN115831689ACN115831689A权利要求书1/1页1.一种基于指数函数的渐变栅宽型交错双栅慢波结构，在矩形波导(1)内，由多个单个栅体周期性排布构成；所述单个栅体为上栅单元(2)与下栅单元(3)交错排布的双栅结构，上栅单元(2)与下栅单元(3)之间设有一定间距、为带状电子注通道；上栅单元(2)与下栅单元(3)的结构相同，其特征在于，所述上/下栅单元的截面形状如下：两端为矩形，中部截面的轮廓曲线为指数函数。2.根据权利要求1所述基于指数函数的渐变栅宽型交错双栅慢波结构，其特征在于，所述上/下栅单元的截面形状满足x轴向对称和y轴向对称，其指数函数的表达式为：其中，‑c≤x≤c，c为渐变部分的横向半长度；a为指数函数的系数；d为轮廓曲线在y轴正半轴方向的距离。3.根据权利要求1所述基于指数函数的渐变栅宽型交错双栅慢波结构，其特征在于，所述上栅单元(2)与下栅单元(3)水平方向排布的间距为p/2，第一个单个栅体的上栅单元(2)距离矩形波导(1)端面的距离为p/4，其中p为单个周期的周期长度。4.根据权利要求1所述基于指数函数的渐变栅宽型交错双栅慢波结构，其特征在于，所述上/下栅单元的截面总长度为矩形波导的宽边长度。5.根据权利要求1所述基于指数函数的渐变栅宽型交错双栅慢波结构，其特征在于，矩形波导和单个栅体的材料均为导电金属。2CN115831689A说明书1/3页一种基于指数函数的渐变栅宽型交错双栅慢波结构技术领域[0001]本发明涉及慢波结构，尤其涉及一种基于指数函数的渐变栅宽型交错双栅慢波结构。背景技术[0002]行波管由于兼顾大功率和宽频带的特点被广泛应用于通讯卫星、雷达、电子对抗等领域，其在众多微波真空电子器件中具有不可替代的地位。行波管主要由五个部分组成：电子枪、慢波结构、输入输出耦合结构、收集极和聚焦系统，电子枪发射一定速度的电子，慢波结构是电子与电磁波发生互作用的场所，它将传输的电磁波相速度降到同步速度后，电磁场对电子进行调制，而调制的电子注交出能量使得电磁波功率放大，这也是行波管的工作原理，输入耦合结构将高频信号耦合到慢波线上，输出耦合结构将放大的高频信号耦合到输出电路上，收集极用来收集已经和电磁场换能完毕后的电子，聚焦系统用来约束电子行径方向，保证电子顺利通过慢波结构而不被截获。其中慢波结构是行波管的关键部件，其性能决定了行波管的工作性能。[0003]近年来，随着真空电子器件向毫米波、太赫兹频段发展，慢波结构也由适用于低频段的螺旋线型和耦合腔型向折叠波导型和交错双栅型转变，其中交错双栅型慢波结构由于具有大功率容量、天然的电子注通道和易加工的特点被广泛应用于太赫兹频段，传统的矩形交错双栅慢波结构色散较强、耦合阻抗较低，根据皮尔斯小信号理论和微波管大信号理论可知，色散的强弱会影响器件的工作带宽，耦合阻抗的大小会直接影响器件的增益、电子效率等关键性指标，因此，需要探索一种色散弱，耦合阻抗高的新型交错双栅慢波结构。发明内容[0004]发明目的：本发明的目的是提供一种能提高耦合阻抗和改善色散特性的基于指数函数的渐变栅宽型交错双栅慢波结构。[0005]技术方案：本发明的渐变栅宽型交错双栅慢波结构，由多个单个栅体在矩形波导内周期性排布构成；所述单个栅体为上栅单元与下栅单元交错排布的双栅结构，上栅单元与下栅单元之间设有一定间距、为带状电子注通道；上栅单元与下栅单元的结构相同，所述上/下栅单元的截面形状如下：两端为矩形，中部的截面轮廓曲线为指数函数。[0006]进一步，所述上/下栅单元的截面形状满足x轴向对称和y轴向对称，其指数函数的表达式为：[0007][0008]其中，‑c≤x≤c