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一种周期分布的共焦波导介质陶瓷环 微波吸收装置

阅读：548发布：2020-05-13

专利汇可以提供一种周期分布的共焦波导介质陶瓷环微波吸收装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且该发明公开了一种周期分布的共焦波导介质陶瓷环微波吸收装置，涉及微波、毫米波和太赫兹器件技术领域。本发明介质陶瓷环和铜板沿纵向周期分布，铜板与介质陶瓷环紧密接触，而与共焦波导镜面保持一定的间隙，避免其对共焦波导传输的微波产生影响。本发明所采用的铜板能将衍射出的微波隔断，衍射的微波只会在各自的介质陶瓷环吸收单元内被多次反射和吸收，有效防止不同介质陶瓷环单元之间的能量串扰，同时避免了由于未完全吸收的寄生模式反射进入高频结构互作用系统以及高频结构输出端，造成输出模式不纯和终端反射，提高了共焦波导回旋行波管的工作稳定性。，下面是一种周期分布的共焦波导介质陶瓷环微波吸收装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种周期分布的共焦波导介质陶瓷环微波吸收装置，该装置包括：共焦波导、多个介质陶瓷环、多个铜板；其特征在于该装置既上下对称也左右对称，所述共焦波导分为上、下两片共焦波导镜面，上、下共焦波导镜面之间设有缝隙；其中各介质陶瓷环为偏心介质陶瓷环且侧壁开设有缝隙，该介质陶瓷环缝隙的宽度与上、下共焦波导镜面外延在缝隙处的距离相同；各铜板为带直线切口的圆形铜板；所述多个介质陶瓷环依次排列设置于上、下共焦波导镜面的左右两侧，且介质陶瓷环的缝隙与上、下共焦波导镜面的缝隙相对且连通；相邻介质陶瓷环之间设置铜板，铜板的直线切口与上、下共焦波导镜面的缝隙相对但不接触。
2.如权利要求1所述的一种周期分布的共焦波导介质陶瓷环微波吸收装置，其特征在于所述共焦波导镜面半径为7mm，横向宽度为6mm，镜面间最大距离为7mm；介质陶瓷环内半径6.7mm，内半径圆弧角度为299.92度，陶瓷环厚度为1.4mm，纵向长度为12mm ；铜板半径为
8.1mm，厚度为2mm，距离共焦波导镜面1mm。

说明书全文

一种周期分布的共焦波导介质陶瓷环 微波吸收装置

技术领域

[0001] 本发明涉及微波、毫米波和太赫兹器件技术领域，具体地说是一种周期分布的共焦波导介质陶瓷环微波吸收装置，可以应用在毫米波、太赫兹波段的共焦波导回旋放大器件和共焦波导回旋振荡器件。

背景技术

[0002] 回旋管以其高脉冲功率、高平均功率、宽频带等显著的特点，成为最具发展潜力和应用前景的毫米波-太赫兹辐射源器件之一，在高功率雷达、通讯、材料处理、电子对抗和高能粒子加速等领域有着广泛的应用。共焦波导结构是由美国MIT提出的一种新型互作用结构，其主要结构包括两片上下对称的柱面镜，波导横向开放，因此在共焦波导的两边会有衍射损耗，而这种由于衍射损耗造成的衰减对于不同的模式是不同的，即共焦波导具有模式选择特性，共焦波导的这种特性正好可以用来抑制竞争模式，有效解决了传统回旋器件由于尺寸共度现象难于工作在W波段和太赫兹频段的困难。

[0003] 由于共焦波导为开放波导系统，微波在传输过程中会沿着两个镜面间的缝隙向外辐射，为了防止共焦波导衍射出的能量反射回到互作用结构中，影响整管的工作稳定性，研究能有效吸收辐射微波的装置是必要的。目前，国内外报道的只有美国MIT和国内中国工程物理研究院对共焦波导回旋行波管进行了试验研究。其中中国工程物理研究院在研制140GHz共焦波导回旋行波管时，采用在外套筒内壁上涂覆吸波材料涂层来吸收衍射出的微波，由于管子的稳定性能等原因，试验中并没有稳定的放大信号输出，而美国MIT在公开文献中未提及所采用的微波吸收装置。

发明内容

[0004] 针对前期国内外在研制共焦波导回旋行波管时试验结果不佳，管子稳定性不足等情况。本发明从提升共焦波导的稳定性出发，提出了一种介质陶瓷环和铜板周期分布的共焦波导偏心介质陶瓷环微波吸收装置，其中介质陶瓷环和铜板沿纵向间隔周期分布，周期分布的铜板将整个介质陶瓷环分隔为一个个小的微波吸收单元，从开放共焦波导中辐射出的微波被约束在每个吸收单元，多次来回反射，最终被完全吸收，有效地防止了辐射出的微波被介质陶瓷环反射回互作用系统中，保证整管能够稳定工作。

[0005] 本发明的技术方案为一种周期分布的共焦波导介质陶瓷环微波吸收装置，该装置包括：共焦波导、多个介质陶瓷环、多个铜板；其特征在于该装置即上下对称也左右对称，所述共焦波导分为上、下两片共焦波导镜面，上、下共焦波导镜面之间设有缝隙；其中各介质陶瓷环为偏心介质陶瓷环且侧壁开设有缝隙，该介质陶瓷环缝隙的宽度与上、下共焦波导镜面外延在缝隙处的距离相同(如图3)；各铜板为带直线切口的圆形铜板；所述多个介质陶瓷环依次排列设置于上、下共焦波导镜面的左右两侧，且介质陶瓷环的缝隙与上、下共焦波导镜面的缝隙相对且连通；相邻介质陶瓷环之间设置铜板，铜板的直线切口与上、下共焦波导镜面的缝隙相对但不接触。

[0006] 本发明介质陶瓷环和铜板沿纵向周期分布，铜板与介质陶瓷环紧密接触，而与共焦波导镜面保持一定的间隙，避免其对共焦波导传输的微波产生影响。本发明所采用的铜板能将衍射出的微波隔断，衍射的微波只会在各自的介质陶瓷环吸收单元内被多次反射和吸收，有效防止不同介质陶瓷环单元之间的能量串扰，同时避免了由于未完全吸收的寄生模式反射进入高频结构互作用系统以及高频结构输出端，造成输出模式不纯和终端反射，提高了共焦波导回旋行波管的工作稳定性。

[0007] 本发明的优点：1.与均匀介质陶瓷环相比，周期分布介质陶瓷环开放共焦波导中辐射出的微波被约束在每个吸收单元，多次吸收，有效地防止了防止能量串扰，也避免了辐射出的微波被介质陶瓷环反射回互作用系统中，保证整管能够稳定工作。2.周期陶瓷环结构避免了均匀陶瓷环由于尺寸过大造成的加工成本高、加工和装配困难等问题，各介质陶瓷环和铜板可以分别加工，加工和装配都十分方便，具有很高的工程应用价值。附图说明

[0008] 图1是本发明提供的周期分布共焦波导介质陶瓷环微波吸收装置三维结构图。

[0009] 图2是本发明提供的周期分布共焦波导介质陶瓷环微波吸收装置剖视图。

[0010] 图3是本发明提供的周期分布共焦波导介质陶瓷环微波吸收装置介质陶瓷环的横截面结构图。

[0011] 图4是本发明提供的周期分布共焦波导介质陶瓷环微波吸收装置铜板的横截面结构图。

[0012] 附图标号说明：1为共焦波导镜面；2为介质陶瓷环；3为铜板。具体实施方式：

[0013] 以下结合W波段共焦波导回旋行波管高频互作用系统设计实例以及附图对本发明作进一步的详细阐述：

[0014] 电磁波在共焦波导中传输时在沿着横向向外辐射的同时也会沿着纵向向前传播，因而辐射场与波导中心轴会形成一个夹角，微波在沿纵向传播的同时在横向上也有衍射。

[0015] 因此，设计由铜板隔开的周期分布偏心介质陶瓷环吸收装置，将衍射的电磁波隔断，防止衍射微波的能量串扰。

[0016] 图1为周期分布共焦波导介质陶瓷环微波吸收装置三维结构图，在高频互作用结构的两侧连接周期分布的介质陶瓷环(2)，可以对衍射出的电磁波多次反射吸收，介质陶瓷环之间用铜板(3)隔开，一方面避免未完全吸收的电磁波传播到下一节介质陶瓷环甚至进入高频结构互作用区和高频结构输出端，造成能量串扰，影响输出模式的纯度，另一方面防止终端反射造成自激振荡，提高了行波管工作稳定性。介质陶瓷环和铜板的设计尺寸是由共焦波导互作用结构的场分布决定的，以最大吸收衍射微波为标准，通过CST 软件仿真优化得到。

[0017] 其中：

[0018] 共焦波导(1)的镜面半径为7mm，横向宽度为6mm，镜面间最大距离为7mm；介质陶瓷环单元(2)内半径6.7mm，内半径圆弧角度为299.92度，陶瓷环厚度为1.4mm，纵向长度为12mm；铜板(3)半径为8.1mm，厚度为2mm，距离共焦波导镜面1mm。图3、4分别给出了介质陶瓷环和铜板的横截面形状。

[0019] 图2是周期分布共焦波导介质陶瓷环微波吸收装置剖视图。图3是本发明提供的周期分布共焦波导介质陶瓷环微波吸收装置介质陶瓷环的横截面结构图，在各个介质陶瓷环吸收腔内，衍射的微波会被弧形介质陶瓷环多次反射和吸收，避免了将微波二次反射回高频互作用系统，也避免了吸收装置的局部过热，一定程度上解决了高频互作用系统的散热。图中给出了微波反射的示意图，只有极少的能量会反射回互作用区，并且由于介质陶瓷环采用弧形设计，有更大的吸收面积，提高了行波管平均功率容量和稳定性。图4是本发明提供的周期分布共焦波导介质陶瓷环微波吸收装置铜板的横截面结构图，铜板与镜面存在一定间隙，避免其对共焦波导传输的微波产生影响。

[0020] 以上实例仅为方便说明本新型发明，本新型发明提出的周期分布共焦波导介质陶瓷环微波吸收装置可应用不同频率、工作于任意模式的共焦波导回旋放大器和共焦波导回旋振荡器件。通过改变介质陶瓷环的材料、尺寸以及介质陶瓷环和铜板的纵向排布方式等均属于本发明所保护的范畴。

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