[發(fā)明專利]一種共面電磁帶隙曲折線微波慢波結(jié)構(gòu)

無效

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• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103035460A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柏寧豐;谷磊磊;孫小菡;袁慧宇
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H01J23/24
• 分類號: H01J23/24
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種共面電磁帶隙曲折線微波慢波結(jié)構(gòu)，屬于物理電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

慢波結(jié)構(gòu)主要用在行波放大器、粒子加速器以及在電磁波與較低速度的波（如聲波、靜磁波等）相互作用的器件中，其作用在于使得互作用在較長距離與較長時(shí)間內(nèi)持續(xù)進(jìn)行。在該系統(tǒng)中，電磁波相速低于空間光速，使運(yùn)動荷電子粒或低速波的能量有效地轉(zhuǎn)換成電磁波的能量。

小型化、平面型行波管是減小行波管的制造成本、縮減體積和突破頻率上限的主要途徑。從構(gòu)成行波管關(guān)鍵元部件與材料結(jié)構(gòu)上開拓創(chuàng)新，可為快速研制小型化、平面型行波管探究一條可行之路。

平面行波管器件是將慢波結(jié)構(gòu)加載在介質(zhì)基板上進(jìn)行波注互作用。但是介質(zhì)基板的使用降低了慢波結(jié)構(gòu)的耦合阻抗與工作帶寬，并加大了損耗，從而使得平面結(jié)構(gòu)的放大效果較差。由于慢波結(jié)構(gòu)為周期性結(jié)構(gòu)，其電磁場也為周期電磁場，可分解為無數(shù)空間諧波。其中除了前向波（相速與群速相同），還有返向空間諧波（群速愈相速相反）。返向空間諧波的存在，降低了慢波結(jié)構(gòu)放大微波信號的能力。為減小返向空間諧波對慢波結(jié)構(gòu)放大微波信號性能的影響﹐需在慢波電路的一定位置上設(shè)置集中衰減器。集中衰減器由損耗涂層或損耗陶瓷片構(gòu)成。在集中衰減器處﹐返向空間諧波被吸收﹐可達(dá)到消除反饋抑制振蕩的目的。合理設(shè)計(jì)的集中衰減器，對工作模式的吸收遠(yuǎn)小于返向空間諧波。但對工作模式的吸收，將會降低放大效果。因此，衰減器的使用雖然很好的抑制了返向諧波的產(chǎn)生，但對微波工作波段傳輸也有一定的損耗。同時(shí)，衰減器是在基板材料與慢波電路之間的特定位置處，利用鍍膜工藝建立涂層或者插入損耗陶瓷片，這就增加了工藝復(fù)雜性，不利于提高慢波結(jié)構(gòu)的可靠性。

電磁帶隙結(jié)構(gòu)（在光頻領(lǐng)域稱為光子帶隙（Photonic?Band?Gap），在微波領(lǐng)域一般稱為電磁帶隙（Electromagnetic?Band?Gap，EBG））是一種人造周期結(jié)構(gòu)，能夠在電磁波波長量級上制作器件并限制其中電磁波運(yùn)行方向。電磁帶隙結(jié)構(gòu)具有明顯的通帶與禁帶，可以進(jìn)行有效的選頻設(shè)計(jì)。同時(shí)，利用微電子工藝，可以直接在基板材料上，通過刻蝕工藝形成電磁帶隙結(jié)構(gòu)。因此，將電磁帶隙結(jié)構(gòu)應(yīng)用在慢波電路結(jié)構(gòu)中，是實(shí)現(xiàn)小型化、平面化慢波電路的重要選項(xiàng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種共面電磁帶隙曲折線微波慢波結(jié)構(gòu)，不僅制作工藝簡單，還能有效的提高慢波結(jié)構(gòu)的耦合阻抗，抑制返波振蕩，增加耦合效率。

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案：

一種共面電磁帶隙曲折線微波慢波結(jié)構(gòu)，包括：介質(zhì)基板，在介質(zhì)基板上設(shè)有電磁帶隙結(jié)構(gòu)，所述電磁帶隙結(jié)構(gòu)是由呈周期排列的金屬貼片構(gòu)成的兩維電磁帶隙結(jié)構(gòu)，通過平面曲折線結(jié)構(gòu)連接電磁帶隙結(jié)構(gòu)的格點(diǎn)，且連接兩格點(diǎn)之間的平面曲折線應(yīng)具有對稱性。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明結(jié)構(gòu)通過曲折線連接電磁帶隙結(jié)構(gòu)，引入了電磁帶隙結(jié)構(gòu)的選頻特性，提升了慢波結(jié)構(gòu)的性能。曲折線連接電磁帶隙格點(diǎn)，改變了電磁帶隙結(jié)構(gòu)的電容和電感特性，從而可以增大帶隙。該結(jié)構(gòu)利用電磁帶隙在導(dǎo)帶內(nèi)導(dǎo)波，在禁帶內(nèi)禁波的特性，降低了基模的傳輸損耗，提高了慢波結(jié)構(gòu)的耦合阻抗；設(shè)計(jì)電磁帶隙結(jié)構(gòu)的禁帶包含返波振蕩頻率，可有效抑制返波振蕩，避免電磁波能量的分散，提高了基模的耦合效率。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)可采用現(xiàn)有的微電路刻蝕技術(shù)直接在基板材料上制作相應(yīng)結(jié)構(gòu)，工藝簡單。由于采用該結(jié)構(gòu)，可有效抑制返波振蕩，因此避免了采用集中衰減器帶來的工藝復(fù)雜、降低基模耦合效率的缺點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明共面電磁帶隙曲折線結(jié)構(gòu)單元示意圖；

圖2是本發(fā)明單元結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；

圖3是矩形金屬貼片斜45度晶格電磁帶隙結(jié)構(gòu)及矩形曲折線組成的兩單元示意圖

圖4是六角晶格電磁帶隙結(jié)構(gòu)的帶隙圖；

圖5是慢波結(jié)構(gòu)的色散比較圖，比較分析了電磁帶隙結(jié)構(gòu)、曲折線結(jié)構(gòu)、共面電磁帶隙曲折線結(jié)構(gòu)的色散；

圖6是慢波結(jié)構(gòu)的耦合阻抗比較圖，比較分析了電磁帶隙結(jié)構(gòu)、曲折線結(jié)構(gòu)、共面電磁帶隙曲折線結(jié)構(gòu)的耦合阻抗；

圖7是輸入信號的頻譜圖；

圖8是信號經(jīng)過曲折線結(jié)構(gòu)后的頻譜圖；

圖9是信號經(jīng)過本發(fā)明結(jié)構(gòu)后的頻譜圖；

圖10是圓形金屬貼片正方形晶格電磁帶隙結(jié)構(gòu)及弧形曲折線組成的兩單元示意圖

具體實(shí)施方式