一種共面電磁帶隙曲折線微波慢波結構制造技術

本發明專利技術公開了一種共面電磁帶隙曲折線微波慢波結構，包括：介質基板，在介質基板上設有電磁帶隙結構，所述電磁帶隙結構是由呈周期排列的金屬貼片構成的兩維電磁帶隙結構，通過平面曲折線結構連接金屬貼片，且連接兩金屬貼片之間的平面曲折線應具有對稱性。該結構利用電磁帶隙在導帶內導波，在禁帶內禁波的特性，降低了基模的傳輸損耗，提高了慢波結構的耦合阻抗；可有效抑制返波振蕩，提高了基模的耦合效率。同時，該結構可采用現有的微電路刻蝕技術直接在基板材料上制作相應結構，工藝簡單。由于采用該結構，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雜、降低基模耦合效率的缺點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種共面電磁帶隙曲折線微波慢波結構，屬于物理電子學
技術背景慢波結構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間內持續進行。在該系統中，電磁波相速低于空間光速，使運動荷電子粒或低速波的能量有效地轉換成電磁波的能量。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。從構成行波管關鍵元部件與材料結構上開拓創新，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構加載在介質基板上進行波注互作用。但是介質基板的使用降低了慢波結構的耦合阻抗與工作帶寬，并加大了損耗，從而使得平面結構的放大效果較差。由于慢波結構為周期性結構，其電磁場也為周期電磁場，可分解為無數空間諧波。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，降低了慢波結構放大微波信號的能力。為減小返向空間諧波對慢波結構放大微波信號性能的影響，需在慢波電路的一定位置上設置集中衰減器。集中衰減器由損耗涂層或損耗陶瓷片構成。在集中衰減器處，返向空間諧波被吸收，可達到消除反饋抑制振蕩的目的。合理設計的集中衰減器，對工作模式的吸收遠小于返向空間諧波。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生，但對微波工作波段傳輸也有一定的損耗。同時，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，這就增加了工藝復雜性，不利于提高慢波結構的可靠性。電磁帶隙結構(在光頻領域稱為光子帶隙(Photonic Band Gap),在微波領域一般稱為電磁帶隙(Electromagnetic Band Gap, EBG))是一種人造周期結構，能夠在電磁波波長量級上制作器件并限制其中電磁波運行方向。電磁帶隙結構具有明顯的通帶與禁帶，可以進行有效的選頻設計。同時，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構。因此，將電磁帶隙結構應用在慢波電路結構中，是實現小型化、平面化慢波電路的重要選項。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種共面電磁帶隙曲折線微波慢波結構，不僅制作工藝簡單，還能有效的提高慢波結構的耦合阻抗，抑制返波振蕩，增加耦合效率。本專利技術具體采用以下技術方案一種共面電磁帶隙 曲折線微波慢波結構，包括介質基板，在介質基板上設有電磁帶隙結構，所述電磁帶隙結構是由呈周期排列的金屬貼片構成的兩維電磁帶隙結構，通過平面曲折線結構連接電磁帶隙結構的格點，且連接兩格點之間的平面曲折線應具有對稱性。本專利技術具有以下有益效果本專利技術結構通過曲折線連接電磁帶隙結構，引入了電磁帶隙結構的選頻特性，提升了慢波結構的性能。曲折線連接電磁帶隙格點，改變了電磁帶隙結構的電容和電感特性， 從而可以增大帶隙。該結構利用電磁帶隙在導帶內導波，在禁帶內禁波的特性，降低了基模的傳輸損耗，提高了慢波結構的耦合阻抗；設計電磁帶隙結構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，該結構可采用現有的微電路刻蝕技術直接在基板材料上制作相應結構，工藝簡單。由于采用該結構，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雜、降低基模耦合效率的缺點。附圖說明 圖1是本專利技術共面電磁帶隙曲折線結構單元示意圖；圖2是本專利技術單元結構的側視圖；圖3是矩形金屬貼片斜45度晶格電磁帶隙結構及矩形曲折線組成的兩單元示意圖4是六角晶格電磁帶隙結構的帶隙圖5是慢波結構的色散比較圖，比較分析了電磁帶隙結構、曲折線結構、共面電磁帶隙曲折線結構的色散；圖6是慢波 結構的耦合阻抗比較圖，比較分析了電磁帶隙結構、曲折線結構、共面電磁帶隙曲折線結構的耦合阻抗；圖7是輸入信號的頻譜圖8是信號經過曲折線結構后的頻譜圖9是信號經過本專利技術結構后的頻譜圖10是圓形金屬貼片正方形晶格電磁帶隙結構及弧形曲折線組成的兩單元示意具體實施方式一種共面電磁帶隙曲折線微波慢波結構，包括介質基板1，在介質基板I上設有電磁帶隙結構，所述電磁帶隙結構是由呈周期排列的金屬貼片31構成的兩維電磁帶隙結構，通過平面曲折線結構2連接金屬貼片。在本實施例中，所述平面曲折線結構2是U形曲折線、S形曲折線；所述金屬貼片31為矩形金屬塊或圓形金屬塊；所述由金屬貼片31組成的電磁帶隙結構是正方形晶格或六邊形晶格或斜45度晶格。下面結合附圖對本專利技術的技術方案進行詳細說明本專利技術的平面慢波結構由曲折線和電磁帶隙結構組成，曲折線可以是U形曲折線或S形曲折線；電磁帶隙結構可以是正方形晶格或六邊形晶格或斜45度晶格；電磁帶隙結構的格點可以是矩形金屬塊或圓形金屬塊；電磁帶隙格點部分或全部由曲折線相連。下面以U形曲折線和斜45度晶格電磁帶隙結構矩形金屬塊加以說明。如圖1和圖2所示，本實施例中的共面電磁帶隙曲折線結構的一個最基本單元包括介質基板1、U形曲折線2、一個完整的電磁帶隙格點31及兩個半電磁帶隙格點32。為保證單元具有周期性，因此處于邊界處的電磁帶隙格點32為半個格點。一個完全的慢波結構，由這樣的一個基本單元在一維方向上復制。U形曲折線2、一個完整的電磁帶隙格點31及兩個半電磁帶隙格點32均貼附于介質基板之上。圖2給出了圖1的側視圖。圖3給出了由2個基本單元組成的慢波結構示意圖。圖中虛線框表示一個基本單元，基本單元I和基本單元II組成了 2個周期的慢波結構。基本單元I和基本單元II連接處的兩個半格點32組成了一個完成格點31。圖4顯示了上述電磁帶隙結構的帶隙圖，圖中橫坐標為從O到360度的相移，縱坐標為頻率，5條曲線從低到高分別代表模式I到模式5的色散曲線，兩條虛線為以介質材料 (介電常數10. 2)中光速為基礎的光線。模式I和模式2之間即為傳輸帶隙，此處為不完全傳輸帶隙，即某些范圍的相移內該頻率范圍的波無法傳播。從圖中可見其帶隙中心頻率為 12. 5GHz，帶隙范圍為 10GHz-15GHz。利用帶有上述共面電磁帶隙曲折線結構構成慢波電路，圖5給出了慢波結構的色散比較圖，比較分析了電磁帶隙結構、曲折線結構、共面電磁帶隙曲折線結構的色散特性。 可見單純的電磁帶隙結構色散特性較差，相速較高，不利于與電子注的互作用。采用本專利技術的結構，其色散特性與曲折線色散特性相近，變化較小。圖6給出了慢波結構的耦合阻抗比較圖，比較分析了電磁帶隙結構、曲折線結構、共面電磁帶隙曲折線結構的耦合阻抗。可見采用本專利技術結構的耦合阻抗比傳統曲折線結構有了顯著提高。圖7給出了輸入4GHz小信號的頻譜；圖8和圖9分別顯示了輸入4GHz小信號后， 經過60個周期的曲折線微波慢波結構與本專利技術所示慢波結構，與 電子注進行互交換后信號得頻譜。可見，經過傳統曲折線結構信號存在明顯的返波振蕩(8GHz處出現了返波信號)， 而由于本專利技術結構設計得電磁帶隙禁帶包括返波頻率在內，所以抑制了返波振蕩，其頻譜只有輸入信號頻譜，且功率有了明顯放大。圖10給出了本專利技術的另一種結構示意圖，由2個基本單元組成。晶格為正方晶格， 曲折線為S形曲折線，格點為圓形金屬塊。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種共面電磁帶隙曲折線微波慢波結構，包括：介質基板（1），在介質基板（1）上設有電磁帶隙結構，所述電磁帶隙結構是由呈周期排列的金屬貼片（31）構成的兩維電磁帶隙結構，通過平面曲折線結構（2）連接金屬貼片。

【技術特征摘要】
1.一種共面電磁帶隙曲折線微波慢波結構，包括介質基板(I)，在介質基板(I)上設有電磁帶隙結構，所述電磁帶隙結構是由呈周期排列的金屬貼片(31)構成的兩維電磁帶隙結構，通過平面曲折線結構(2 )連接金屬貼片。2.如權利要求1所述微波慢波結構，其特征在于，所述平面曲折...

【專利技術屬性】
技術研發人員：柏寧豐，谷磊磊，孫小菡，袁慧宇，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：