一种用于回旋行波管的模式抑制装置 专利技术说明

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明涉及微波、毫米波以及太赫兹波真空器件技术领域，具体地说是一种用于选择抑制回旋行波管寄生模式的模式抑制装置。背景技术：2.回旋行波管是一种重要的微波、毫米波以及太赫兹源，因其高效率、大功率、宽频带、高增益的特点，在高分辨率雷达、大功率通信系统和电子战系统等领域等军事以及民用领域有着广泛的应用前景，因而在国际上以及国内受到高度重视。然而，非线性互作用段的返波振荡严重制约了回旋行波管的稳定性。3.非线性互作用段是回旋行波管的核心装置之一，其结构影响着回旋行波管的带宽、效率等性能。传统的回旋行波管通常采用半径与逐渐下降的磁场相匹配的渐变波导作为非线性互作用装置，这会导致磁场失谐从而提高寄生模式的起振阈值，进而提高了稳定性。磁场失谐的范围不能太大，否则将导致工作模式的互作用效率降低。因此，这种方法对起振阈值的提升有限，尤其在高电子注速度比和电流的情况下。这限制了回旋行波管向更高输出功率的发展。因此，如何进一步提高回旋行波管的稳定性是我们的研究重点。技术实现要素：4.为了克服传统回旋行波管非线性互作用段稳定性所遇到的问题，本发明提出一种模式抑制装置。该装置通过模式抑制结构，有选择性地抑制寄生模式，能够提高回旋行波管寄生模式的起振阈值并提高其稳定性。5.本发明采用的技术方案如下：6.一种用于回旋行波管的模式抑制装置，该装置包括：光滑圆波导、多个圆环形空腔结构、多根金属柱、连续衰减材料；所述多个圆环形空腔结构沿光滑圆波导轴向均匀分布于光滑圆波导的外壁，圆环形空腔结构的腔体与光滑圆波导的腔体连通；所述圆环形空腔结构包括内环和外环，内环为圆环形耦合缝隙波导，外环为圆环形谐振腔，内环的径向宽度小于外环且内环的腔体厚度大于外环；所述多根金属柱穿过所有圆环形空腔结构的外环且均匀围绕在光滑圆波导周围，金属柱的轴向与光滑圆波导的轴向平行；所述连续衰减材料为管状，将所有圆环形空腔结构包覆其中，且与圆环形空腔结构的外环边缘紧密接触；7.所述标准光滑金属圆波导的内半径由注-波同步条件决定；所述圆环形空腔结构的尺寸和周期数由均由所需的工作模式、抑制的振荡模式所决定；所述圆形柱子的尺寸和位置由所需抑制的振荡模式所决定；所述连续衰减材料的厚度可以根据所需衰减量调节。8.进一步的，所述光滑圆波导、圆环形空腔结构材质都为金属。9.进一步的，所述连续衰减材料为衰减陶瓷。10.本发明的积极效果是：11.在本发明的te21返波模式的衰减达到-10db而te01工作模式不受到影响能够正常放大，从而回旋行波管的稳定性得到了有效的提升。12.本发明是一种横向结构，由于te0n模式只有角向的壁电流，因此工作模式(te01)不会受到影响，注-波互作用能够正常进行。对于temn(m≠0)型寄生模式，所述的圆波导外壁沿纵向均匀分布的圆环形耦合缝隙波导将寄生模式耦合至所述圆环形耦合缝隙波导外壁沿纵向均匀分布的圆环形谐振腔并被紧贴圆环形谐振腔外壁的连续衰减材料吸收。因此，本发明可以在不影响te01工作模式的情况下有效地抑制te21模式的返波振荡，从而有效地提高回旋行波管的稳定性。附图说明13.图1为本发明一种应用于回旋行波管的模式抑制装置结构图。14.光滑圆波导(主波导)(1)，连续衰减材料(2)，金属柱子(3)，圆环形耦合缝隙波导(4)，圆环形谐振腔(5)；15.图2为本发明的剖面图。16.图3为本发明的侧视图。17.图4为g波段注-波互作用色散曲线。18.图5为cst高频仿真软件仿真所得模式抑制装置对返波模式(te21)的衰减参数(s21参数)与工作频率的关系图。19.图6为cst高频仿真软件仿真所得模式抑制装置对工作模式(te01)的衰减参数(s21参数)与工作频率的关系图。具体实施方式20.本发明工作原理如下：21.圆波导一端连接着回旋行波管的线性互作用段，另一端连接回旋行波管的输出系统。经过线性互作用段调制的回旋电子注进入非线性互作用段中，在高频电磁场中直接与电磁波进行注-波能量交换，可通过纵向分布的圆环形耦合缝隙波导的缝隙耦合来调制工作模式和抑制振荡模式。通过圆环形谐振腔外壁的的连续衰减材料的衰减特性，抑制te21模式的返波振荡，从而达到回旋行波管的稳定放大。22.下面结合一个g波段模式抑制装置结构的回旋行波管的非线性互作用装置的设计实例和附图对本发明作进一步详细的阐述：23.g波段分布式辐射耦合损耗装置结构的回旋行波管的高频互作用装置的技术指标要求：24.主波导工作模式：te01模；25.工作频段：g波段(210–220ghz)，工作电压50kv,工作电流3a。26.附图1为本实例提出的一种应用于回旋行波管的模式抑制装置结构图，附图2为所述模式抑制装置的剖面图，为所述模式抑制装置的侧视图。该发明包括光滑圆波导(主波导)(1)，连续衰减材料(2)，金属柱子(3)，圆环形耦合缝隙波导(4)，圆环形谐振腔(5)27.其中：28.光滑圆波导(主波导)(1)：半径0.9毫米，长度为12毫米；29.连续衰减材料(2)：内半径2.45毫米，外半径2.65毫米；30.金属柱子(3)：半径0.2毫米，长度5.54毫米，其圆心距主波导圆心距离为1.72毫米；31.为了有效将te21寄生模式从主波导中耦合，选择了共6个耦合结构，包括：32.6个圆环形耦合缝隙波导(4)：内半径0.9毫米，外半径1.3毫米，厚度0.2毫米；33.6个圆环形谐振腔(5)：内半径1.3毫米，外半径2.45毫米，厚度0.14毫米34.附图4为g波段注-波互作用冷色散曲线示意图。由此图可以看出该回旋行波管工作在基波te01模式，同时受到基波te11和te21模式产生的返波振荡的影响，其中在非线性段中te21模式产生的影响最大。a点为电子注的色散曲线和高频电磁场在匹配时同步条件达到最佳的位置，可得te01模式工作频率为210–220ghz；b点为te21模式返波起振频率点，为182.3ghz；c点为te11模式返波起振频率点，为166.4ghz。35.附图5为cst高频仿真软件仿真所得模式抑制装置对返波模式(te21)的衰减参数(s21参数)与工作频率的关系图。该结构在182-183ghz处的衰减达到10db以上，能够完全抑制te21模式的返波振荡，提高回旋行波管的稳定性。36.附图6为cst高频仿真软件仿真所得模式抑制装置对工作模式(te01)的衰减参数(s21参数)与工作频率的关系图。该结构对工te01模式的影响非常小，在工作频率范围内的s21均大于-0.05db并且s11均小于-15db。这说明所述模式抑制装置不会干扰工作模式的正常放大。37.以上所述，仅为本发明实例应用在g波段回旋行波管的具体实施方式，本发明同样适用于其他频段的工作模式为te0n模式且所需抑制寄生模式为temn(m≠0)的回旋行波管。









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