專利名稱：一種耦合腔多注行波管慢波系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波真空電子器件領(lǐng)域，具體涉及一種耦合腔多注行波管慢波系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
行波管作為真空微波功率放大器件，具有頻帶寬、增益大、效率高、輸出功率大等優(yōu)點，在各類軍用微波發(fā)射機(jī)中有著廣泛的應(yīng)用，被譽為武器裝備的“心臟”。行波管根據(jù)其慢波結(jié)構(gòu)可分為螺旋線行波管、耦合腔行波管等。多注耦合腔行波管是近年來發(fā)展起來的一種新型行波管，與單注行波管相比，其工作電壓要遠(yuǎn)小于單注行波管，而由于行波管的管長與工作電壓的大小成正比，多注行波管的管長相應(yīng)的比單注行波管要小得多，從而有利于行波管的小型化，能夠極大的擴(kuò)大行波管的應(yīng)用領(lǐng)域。所述的這種耦合腔多注行波管慢波系統(tǒng)，由極靴和銅環(huán)連接的耦合腔連接構(gòu)成， 極靴和銅環(huán)交替排列，在極靴和銅環(huán)中心設(shè)有多個電子注通道，在極靴和銅環(huán)上各設(shè)有一個耦合槽，極靴和銅環(huán)上的耦合槽相互錯開成180度排列；耦合腔多注行波管慢波結(jié)構(gòu)上設(shè)置吸收器，同時在與輸入耦合裝置及輸出耦合裝置連接后，構(gòu)成耦合腔多注行波管的慢波系統(tǒng)。多注行波管電子槍發(fā)射具有一定速度的電子注注入慢波系統(tǒng)中，與由微波輸入系統(tǒng)耦合到慢波系統(tǒng)中的微波信號在慢波系統(tǒng)中相互作用。當(dāng)電子注的運動速度與微波相速 (等相位面的傳播速度)同步時，這種互作用就會發(fā)生；當(dāng)電子注的運動速度略大于微波的相速時，互作用的結(jié)果是電子注的動能部分轉(zhuǎn)化為微波能量，從而使電子注的速度減小而微波能量得到放大即微波信號得到正的增益。耦合腔多注行波管慢波系統(tǒng)的功能示意圖如圖1所示；包含驅(qū)動段(也稱激勵段)和輸出段，在兩段之間用吸收器隔開。吸收器的作用是吸收反向傳輸?shù)墓β?，從而消除返波振蕩使管子能夠穩(wěn)定工作。一般當(dāng)管子的增益在30dB以下時，驅(qū)動段僅僅包含輸入段；當(dāng)管子的增益在30dB及以上時，驅(qū)動段又分為兩段，即輸入段和中間段，輸入段和中間段之間也用吸收器隔開，吸收器的作用也是消除返波振蕩。輸出段一般包含三部分即初始相速段，第一相速跳變段，第二相速跳變段。耦合腔多注行波管在增益為30dB及以上時，會出現(xiàn)整個行波管的增益起伏較大的缺點。如圖2為某耦合腔多注行波管的測試數(shù)據(jù)；由圖中可以看出，多注行波管增益呈工作頻段中間高，兩邊逐漸變低的趨勢；增益波動近6dB，而行波管使用時增益起伏應(yīng)在士 IdB的范圍內(nèi)。增益起伏過大，行波管的應(yīng)用會受到很大的限制。為克服增益起伏，目前的做法是在多注行波管慢波系統(tǒng)上增加均衡裝置，這就導(dǎo)致了整個多注行波管慢波系統(tǒng)的長度極大的增加，從而不利于多注行波管的小型化，限制了多注行波管的生產(chǎn)制作與應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不需額外增加增益均衡裝置就能達(dá)到增益起伏要求、 小型化的大功率耦合腔多注行波管慢波系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為所述耦合腔多注行波管慢波系統(tǒng)，由極靴和銅環(huán)連接構(gòu)成的耦合腔鏈、與所述耦合腔鏈一側(cè)連接的輸入耦合裝置、與所述耦合腔鏈另一側(cè)連接的輸出耦合裝置及設(shè)于耦合腔鏈中部的吸收器構(gòu)成，所述極靴和銅環(huán)交替排列，在極靴和銅環(huán)中心設(shè)有多個電子注通道，在每個極靴和銅環(huán)上均設(shè)有一個耦合槽，所述極靴和銅環(huán)上的耦合槽相互錯開呈180 度排列；所述耦合腔鏈分為輸入段和輸出段，所述吸收器設(shè)于輸入段及輸出段之間；作為輸入段的耦合腔鏈由徑向尺寸不同的銅環(huán)I、銅環(huán)II、銅環(huán)III與極靴I連接的耦合腔構(gòu)成； 作為輸出段的耦合腔鏈由徑向尺寸不同的極靴I、極靴II與銅環(huán)I連接的耦合腔構(gòu)成；在所述吸收器的兩側(cè)分別設(shè)有極靴III，位于所述吸收器一側(cè)的極靴III與輸入段連接，位于另一側(cè)的極靴III與輸出段連接；所述極靴III的徑向尺寸不同于所述極靴I及極靴II。所述輸入段由銅環(huán)I與極靴I連接構(gòu)成八個耦合腔I ；由銅環(huán)II與極靴I連接構(gòu)成六個耦合腔II ；由銅環(huán)III與極靴I連接構(gòu)成兩個耦合腔III。所述輸入段由銅環(huán)I與極靴I連接構(gòu)成的八個耦合腔I作為低頻輸入端，由銅環(huán) II與極靴I連接構(gòu)成的六個耦合腔II及由銅環(huán)III與極靴I連接構(gòu)成的兩個耦合腔III作為高頻輸入端。所述輸出段由極靴I與銅環(huán)I連接構(gòu)成十六個耦合腔IV，由極靴II與銅環(huán)I連接構(gòu)成六個耦合腔V。所述輸出段由極靴I與銅環(huán)I連接的十六個耦合腔IV構(gòu)成初始相速跳變段；由極靴II與銅環(huán)I連接的六個耦合腔V構(gòu)成第一相速跳變段。所述銅環(huán)III及極靴III的徑向尺寸由多注耦合腔行波管慢波系統(tǒng)的電壓駐波比決定。本發(fā)明的優(yōu)點在于所述的耦合器多注行波管慢波系統(tǒng)僅采用兩段式結(jié)構(gòu)，這樣就比三段式結(jié)構(gòu)長度??；通過結(jié)構(gòu)上的設(shè)計，在輸入段的后半部分，對慢波系統(tǒng)工作帶寬內(nèi)的高頻部分做較多的補償，同時使得低頻輸入端的抗飽和能力獲得良好的增強；在輸出段的后半部分，使得因互作用減速的電子和慢波再同步，提高多注行波管的工作效率，同時減小其增益起伏。本發(fā)明通過結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，能夠不使用增益均衡裝置，就使得所述耦合腔多注行波管增益起伏小，有利于實現(xiàn)行波管的小型化。


下面對本發(fā)明說明書各幅附圖表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡要說明圖1為傳統(tǒng)耦合腔慢波系統(tǒng)功能示意圖；圖2為某Ku波段耦合腔多注行波管頻率增益圖；圖3為所述耦合腔多注行波管慢波系統(tǒng)示意圖；圖4為銅環(huán)I、銅環(huán)II及銅環(huán)III的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為極靴I、極靴II及極靴III的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為所述耦合腔多注行波管慢波結(jié)構(gòu)輸入端由銅環(huán)I與極靴I連接構(gòu)成的八個耦合腔I的色散示意圖；圖7為所述耦合腔多注行波管慢波結(jié)構(gòu)輸入端由銅環(huán)II與極靴I連接構(gòu)成的六個耦合腔II及由銅環(huán)III與極靴I連接構(gòu)成的兩個耦合腔III的色散示意圖8為所述耦合腔多注行波管慢波結(jié)構(gòu)輸出端由極靴II與銅環(huán)I連接的六個耦合腔V的色散示意圖；上述圖中的標(biāo)記均為1、吸收器，2、輸入耦合裝置，3、極靴I，4、極靴II，5、極靴III，6、銅環(huán)I，7、銅環(huán)II，
8、銅環(huán)III，9、輸出耦合裝置，10、電子注通道，11、耦合槽。
具體實施例方式下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本發(fā)明的具體實施方式
如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。如圖3、圖4及圖5所示，所述耦合腔多注行波管慢波系統(tǒng)，由極靴和銅環(huán)連接構(gòu)成的耦合腔鏈、與所述耦合腔鏈一側(cè)連接的輸入耦合裝置2、與所述耦合腔鏈另一側(cè)連接的輸出耦合裝置9及設(shè)于耦合腔鏈中部的吸收器1構(gòu)成，所述極靴和銅環(huán)交替排列，在極靴和銅環(huán)中心開有多個電子注通道10，在每個極靴和銅環(huán)上均設(shè)有一個耦合槽11，所述極靴和銅環(huán)上的耦合槽11相互錯開呈180度排列，所述耦合腔鏈分為輸入段和輸出段，所述吸收器1設(shè)于輸入段及輸出段之間；作為輸入段的耦合腔鏈由徑向尺寸不同的銅環(huán)I 6、銅環(huán) II 7、銅環(huán)III 8與極靴I 3連接的耦合腔構(gòu)成；作為輸出段的耦合腔鏈由徑向尺寸不同的極靴I 3、極靴II 4與銅環(huán)I 6連接的耦合腔構(gòu)成；在所述吸收器1的兩側(cè)分別設(shè)有極靴III 5， 位于所述吸收器1 一側(cè)的極靴III5與輸入段連接，位于另一側(cè)的極靴III5與輸出段連接；所述極靴III 5的徑向尺寸不同于所述極靴I 3及極靴II 4。所述銅環(huán)III8及極靴III5是為所述耦合腔多注行波管慢波系統(tǒng)能獲得所需的電壓駐波比而設(shè)計的；所述耦合腔多注行波管慢波系統(tǒng)的電壓駐波比可通過調(diào)整所述銅環(huán)III 8 及極靴III 5的徑向尺寸來獲得，故所述銅環(huán)III 8及極靴III 5的徑向尺寸由多注耦合腔行波管慢波系統(tǒng)的電壓駐波比決定。所述輸入段由銅環(huán)I 6與極靴I 3連接構(gòu)成八個耦合腔I ；由銅環(huán)II 7與極靴I 3 連接構(gòu)成六個耦合腔II ；由銅環(huán)III 8與極靴I 3連接構(gòu)成兩個耦合腔III。所述輸入段由銅環(huán)I 6與極靴I 3連接構(gòu)成的八個耦合腔I作為低頻輸入端，由銅環(huán)II 7與極靴I 3連接構(gòu)成的六個耦合腔II及其由銅環(huán)III8與極靴I 3連接構(gòu)成的兩個耦合腔III作為高頻輸入端。輸入段由十六個耦合腔構(gòu)成，其中由銅環(huán)I 6與極靴I 3連接構(gòu)成的八個耦合腔 I，其色散特性如圖6所示；由銅環(huán)II 7與極靴I 3連接構(gòu)成的六個耦合腔II及由銅環(huán)III8 與極靴I 3連接構(gòu)成的兩個耦合腔III，其色散特性如圖7所示。其中銅環(huán)III 8是為了在工作頻帶內(nèi)獲得所需的電壓駐波比而設(shè)計的，在實際裝配調(diào)試時，需要通過挑選不同尺寸的銅環(huán)III 8而獲得所需的駐波比。由圖7所示的色散結(jié)構(gòu)圖，由銅環(huán)II 7與極靴I 3連接構(gòu)成六個耦合腔II及其由銅環(huán)III 8與極靴I 3連接構(gòu)成的兩個耦合腔III的同步工作點更加的靠近高頻端，而遠(yuǎn)離低頻端，因此在這八個耦合腔里高頻端會獲得較多的調(diào)制，而低頻端不會獲得調(diào)制，但是這八個耦合腔對低頻端來說相當(dāng)于一個大的阻尼器，即使微波輸入信號出現(xiàn)較大的變化，低頻端因為此阻尼器的作用，增益不會發(fā)送改變，也即是低頻端獲得了良好的抗飽和能力。所述輸出段由極靴I 3與銅環(huán)I 6連接構(gòu)成十六個耦合腔IV、由極靴II 7與銅環(huán) I 6連接構(gòu)成六個耦合腔V。所述輸出段由極靴I 3與銅環(huán)I 6連接的十六個耦合腔IV構(gòu)成初始相速跳變段； 由極靴II 7與銅環(huán)I 6連接的六個耦合腔V構(gòu)成第一相速跳變段。輸出段共二十二個耦合腔，其中由極靴I 3與銅環(huán)I 6連接的十六個耦合腔IV與輸入端的前八個耦合腔相同，其色散特性如圖6所示。輸出端由極靴II 4與銅環(huán)I 6連接構(gòu)成六個耦合腔V，其色散特性如圖8所示。從圖8中可見，為了使得電子注的速度與慢波的相速再同步，將微波的相速在后6個腔體里減小了 5%，這六個耦合腔V就是輸出部分的相速漸變段。這樣是要提高慢波系統(tǒng)的電子注及微波的互作用效率。在傳統(tǒng)的耦合腔慢波系統(tǒng)的設(shè)計中，一般在輸出段的后半部分做兩個相速漸變段，雖然可以進(jìn)一步的提高效率，但是會導(dǎo)致行波管工作帶寬內(nèi)增益起伏加大，因此在本發(fā)明所述的多注耦合腔慢波系統(tǒng)中只采用了一段相速漸變段，第一可以減小慢波系統(tǒng)的帶內(nèi)增益起伏，第二可以減小慢波系統(tǒng)的長度。在吸收器1兩邊的極靴III5是為了在帶內(nèi)得到所需的駐波比而設(shè)計的，在實際裝配調(diào)試過程中要通過挑選零件尺寸得到所需要的駐波比。按以上結(jié)構(gòu)制作某型號耦合腔多注行波管的慢波系統(tǒng)，長度為75. 2mm，在 1000MHz的帶寬內(nèi)獲得了 420W的功率輸出，帶內(nèi)增益起伏為士0. 8dB，整管的效率為 23. 5%。而未進(jìn)行小型化設(shè)計之前該管的慢波系統(tǒng)的長度為101. 5mm，在800MHz的帶寬內(nèi)獲得了 430W的功率輸出，帶內(nèi)增益起伏為士 3dB，整管效率為23.9%。由此可見，本發(fā)明可以實現(xiàn)寬帶行波管小型化的目的。銅環(huán)I 6、銅環(huán)II 7、銅環(huán)III8及極靴I 3、極靴II 4、極靴III5的具體徑向尺寸的選擇應(yīng)該保證其色散曲線滿足圖6 圖8。上面對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制， 只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種耦合腔多注行波管慢波系統(tǒng)，由極靴和銅環(huán)連接構(gòu)成的耦合腔鏈、與所述耦合腔鏈一側(cè)連接的輸入耦合裝置O)、與所述耦合腔鏈另一側(cè)連接的輸出耦合裝置(9)及設(shè)于耦合腔鏈中部的吸收器(1)構(gòu)成，所述極靴和銅環(huán)交替排列，在極靴和銅環(huán)中心設(shè)有多個電子注通道(10)，在每個極靴和銅環(huán)上均設(shè)有一個耦合槽(11)，所述極靴和銅環(huán)上的耦合槽(11)相互錯開呈180度排列，其特征在于所述耦合腔鏈分為輸入段和輸出段，所述吸收器(1)設(shè)于輸入段及輸出段之間；作為輸入段的耦合腔鏈由徑向尺寸不同的銅環(huán)I (6)、 銅環(huán)II (7)、銅環(huán)III (8)與極靴I ( 連接的耦合腔構(gòu)成；作為輸出段的耦合腔鏈由徑向尺寸不同的極靴I (3)、極靴II (4)與銅環(huán)I (6)連接的耦合腔構(gòu)成；在所述吸收器(1)的兩側(cè)分別設(shè)有極靴III (5)，位于所述吸收器(1) 一側(cè)的極靴III (5)與輸入段連接，位于另一側(cè)的極靴III (5)與輸出段連接；所述極靴III (5)的徑向尺寸不同于所述極靴I ( 及極靴 II (4)0
2.按照權(quán)利要求1所述的耦合腔多注行波管慢波結(jié)構(gòu)，其特征在于所述輸入段由銅環(huán)I (6)與極靴I ( 連接構(gòu)成八個耦合腔I ；由銅環(huán)II (7)與極靴I ( 連接構(gòu)成六個耦合腔II ；由銅環(huán)III (8)與極靴I ( 連接構(gòu)成兩個耦合腔III ；所述輸入段由銅環(huán)I (6)與極靴I (3)連接構(gòu)成的八個耦合腔I作為低頻輸入端，由銅環(huán)II (7)與極靴I (3)連接構(gòu)成的六個耦合腔II及其由銅環(huán)III (8)與極靴I ( 連接構(gòu)成的兩個耦合腔III作為高頻輸入端。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的耦合腔多注行波管慢波結(jié)構(gòu)，其特征在于所述輸出段由極靴I (3)與銅環(huán)I (6)連接構(gòu)成十六個耦合腔IV、由極靴II (7)與銅環(huán)I (6)連接構(gòu)成六個耦合腔V ；所述輸出段由極靴I ( 與銅環(huán)I (6)連接的十六個耦合腔IV構(gòu)成初始相速跳變段；由極靴II (7)與銅環(huán)I (6)連接的六個耦合腔V構(gòu)成第一相速跳變段。
4.按照權(quán)利要求3所述的耦合腔多注行波管慢波結(jié)構(gòu)，其特征在于所述銅環(huán)III(8) 及極靴III (5)的徑向尺寸由多注耦合腔行波管慢波系統(tǒng)的電壓駐波比決定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耦合腔多注行波管慢波系統(tǒng)，屬于真空電子器件領(lǐng)域；本發(fā)明采用輸入段及輸出段的兩段式結(jié)構(gòu)，輸入段由徑向尺寸不同的銅環(huán)Ⅰ、銅環(huán)Ⅱ、銅環(huán)Ⅲ與極靴Ⅰ連接的耦合腔構(gòu)成；輸出段由徑向尺寸不同的極靴Ⅰ、極靴Ⅱ與銅環(huán)Ⅰ連接的耦合腔構(gòu)成。本發(fā)明比三段式結(jié)構(gòu)長度小，在輸入段的后部分，對慢波系統(tǒng)工作帶寬內(nèi)的高頻部分做較多的補償，同時使得低頻輸入端的抗飽和能力獲得良好的增強；在輸出段的后部分，使電子和慢波再同步，提高多注行波管的工作效率，減小其增益起伏。本發(fā)明不使用增益均衡裝置，就使得耦合腔多注行波管的增益起伏小，有利于行波管的小型化。
文檔編號H01J23/24GK102254771SQ20111005669
公開日2011年11月23日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者吳華夏, 吳磊, 張麗, 方衛(wèi), 江祝苗 申請人:安徽華東光電技術(shù)研究所