共焦波導陶瓷開口環形柱微波吸收裝置的製作方法

2023-12-03 04:18:26 1

本發明屬於微波、毫米波和太赫茲器件
技術領域：
，具體地說是一種共焦波導介質陶瓷環微波吸收裝置，可以應用在毫米波、太赫茲波段的共焦波導迴旋放大器件和共焦波導迴旋振蕩器件。
背景技術：
：迴旋行波管是一種基於電子迴旋脈塞效應的電真空放大器，在毫米波乃至太赫茲頻段能夠實現大功率、寬頻帶、高效率的電磁波功率輸出，它在高解析度毫米波成像、毫米波對抗、電子戰和微波通信系統等方面具有重要的應用前景。目前，迴旋行波管仍處於發展階段，為了增加迴旋行波管的輸出功率，一般採用的是增大腔體的橫截面，即採用高階模式工作，但這樣就引入了模式競爭，造成無法穩定工作。由於模式競爭問題的困擾，高階模式和高頻率迴旋行波管總體發展水平不高，所以還沒有得到廣泛的應用，為了控制寄生模式振蕩，保證單模高效穩定工作，共焦波導結構應運而生。共焦波導結構是由美國mit提出的一種新型互作用結構，它是由兩塊柱面鏡組成，其中波導的幾何中心和柱面鏡的焦點重合，並且它是一種橫向開放結構，因此共焦波導結構的兩邊存在衍射，由於衍射損耗的存在，使得共焦波導具有了天然的衰減特性，而這種衰減對不同的模式是不同的，這種特性正好可以用於對返波互作用競爭模式的抑制，即共焦波導結構本身具有的模式選擇特性，有效解決了傳統迴旋器件由於尺寸共度現象難於工作在w波段和更高的太赫茲頻段的困難。mit首先進行了140ghz共焦波導迴旋行波管試驗研究，該管採用了兩級集中衰減截斷的高頻互作用結構來切斷寄生模式返波振蕩迴路，熱測結果表明，該管在中心頻率點處得到了820w的穩定輸出和1.5ghz的3db帶寬(詳見「anovelwideband140ghzgyrotronamplifier」，作者：colind.joye等人，2008年)。國內中國工程物理研究院也對140ghz工作於he06模的共焦波導迴旋行波管進行了研究和設計,設計中通過在外套筒內壁上塗覆吸波材料塗層(如附圖2所示)來吸收衍射出的電磁波，防止寄生模式反射回互作用結構，但其對衍射出的電磁波吸收不完全，輸出效率不高。技術實現要素：針對
背景技術：
中所存在的問題，本發明提出了一種共焦波導陶瓷開口環形柱微波吸收裝置，該結構採用陶瓷開口環形柱來吸收從高頻互作用結構中輻射出的能量，並且衍射出的微波可以在環形柱腔體中多次來回反射和吸收，相比在矩形外套筒塗覆介質吸波材料，該結構能更好抑制返波振蕩，還可以防止局部過熱，較大程度上解決了高頻互作用系統的散熱問題，提高了共焦波導迴旋行波管的穩定性。此外，在相同空間體積時，由於開口環形柱具有更大的內表面面積，吸收輻射電磁波的表面積更大，對微波吸收效率更高，提高了共焦波導迴旋行波管平均功率容量和穩定性。本發明採取以下的技術方案實現：一種共焦波導陶瓷開口環形柱微波吸收裝置，包括上下對稱設置的開放共焦波導鏡面、其兩端的延伸段分別為輸入輸出端、以及對稱設置於其兩側的開口環形柱，其特徵在於：所述開口環形柱的中軸線位於共焦波導鏡面互作用區之外；開口環形柱的開口寬度大於共焦波導鏡面兩側的開口寬度，其縱向長度大於或等於輸入端、共焦波導鏡面和輸出端的縱向長度之和。進一步地，所述開口環形柱的材料為高損耗陶瓷，如sic、pn等耐熱性好的陶瓷。進一步地，所述開口環形柱為開口圓環柱時，微波吸收效果較好。從共焦波導腔體內衍射出的電磁波會在開口環形柱腔體內多次來回反射和吸收，吸收效率高，有效防止了衍射出的微波二次反射回到高頻互作用結構中，提高了管子穩定性。此外，開口環形柱結構相比矩形結構有更大的微波吸收面積，並且對電磁波的多次反射吸收可以避免陶瓷環局部過熱，因而具有更高的平均功率容量。附圖說明附圖1是本發明提供的共焦波導陶瓷開口環形柱微波吸收裝置三維結構圖。附圖2是
背景技術：
提供的矩形外套筒內表面塗覆介質吸波材料橫截面結構圖。附圖3是本發明提供的共焦波導陶瓷開口環形柱微波吸收裝置橫截面結構圖。附圖標號說明：1表示開放共焦波導鏡面；2表示陶瓷開口環形柱；3表示輸入端；4表示輸出端；5表示共焦波導鏡面；6表示吸波材料塗層；7表示共焦波導金屬外套筒。具體實施方式以下結合w波段的he04模共焦波導迴旋行波管高頻互作用系統設計實例以及附圖對本發明作進一步的詳細闡述：表1共焦波導迴旋行波管微波吸收裝置主要結構參數輸入端開放共焦波導鏡面陶瓷開口環形柱輸出端曲率半徑(mm)775.57橫向寬度(mm)66—6縱向長度(mm)1514317315兩側開口間距(mm)555.55厚度——1.5—附圖1為共焦波導陶瓷開口環形柱微波吸收裝置三維結構圖，在開放共焦波導鏡面即高頻互作用結構的兩側設置陶瓷開口環形柱(2)，陶瓷開口環形柱的縱向長度大於或等於輸入端(3)、共焦波導鏡面和輸出端(4)的縱向長度之和，可以對衍射出的電磁波多次反射吸收，防止二次反射回高頻互作用結構，提高行波管工作穩定性。附圖2是
背景技術：
提供的矩形外套筒內表面塗覆介質吸波材料橫截面結構圖，它採用矩形的金屬外套筒，垂直介質表面入射的電磁波經吸波材料吸收後，未完全吸收的微波會直接反射進入高頻互作用區，圖中給出了微波反射的示意圖。附圖3是本發明提供的共焦波導陶瓷開口環形柱微波吸收裝置橫截面結構圖，衍射的能量會在陶瓷開口環形柱結構中多次反射，被多次吸收，避免了將電磁波反射回高頻互作用系統，也避免了局部過熱，一定程度上解決了高頻互作用系統的散熱問題。圖中給出了微波反射的示意圖，只有極少的能量會反射回互作用區，並且由於陶瓷開口環形柱的弧形設計，有更大的吸收面積，提高了行波管平均功率容量和穩定性。當前第1頁12