專利名稱：周期永磁結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微波真空電子器件領域，具體涉及到用于螺旋線行波管的一種周期永磁結構，通常稱周期永磁聚焦系統(tǒng)，或稱行波管永磁組件。
背景技術：
微波真空電子器件是國防裝備的一類重要電子器件，是雷達、通信、電子對抗，遙測遙控和精密制導設備的心臟。它利用電子在真空中與電磁場發(fā)生相互作用，將電子的直流能量轉換為另一種形式的微波能量。行波管作為微波真空功率放大器件，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)射機中有著廣泛的應用。隨著固態(tài)微波放大器的競爭越來越激烈，對小型化的行波管需求越來越大。為了使行波管小型化，受到多注速調(diào)管的啟發(fā)，人們將多電子注技術和行波管技術相結合，研制出了多電子注行波管。多電子注行波管中需要用一套磁系統(tǒng)來同時聚焦多個電子注。目前應用于多注行波管的磁聚焦方式主要是均勻場永磁聚焦和周期永磁聚焦。均勻場永磁聚焦的缺點是:為了使電子注獲得良好的通過率，通常設計慢波系統(tǒng)的長度與永磁聚焦系統(tǒng)內(nèi)徑大致相等，這導致永磁聚焦系統(tǒng)體積增大，不利于行波管的小型化。周期永磁聚焦目前多用在多注耦合腔行波管，其主要問題是，極靴上的腰形槽對各個電子注通道的磁通密度分布不一樣，對各個電子注的影響也不一樣，導致電子注通道中心徑向磁通密度增加時電子注的通過率降低。在專利CN201210122202 —種集成行波管放大器中，提到集成行波管放大器的結構及組合方式，并說明其電子注聚焦方式是在同一個系統(tǒng)中提供多個并列的電子注的磁聚焦。但該專利并未對磁聚焦系統(tǒng)結構進行詳細說明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種周期永磁結構，其特點是體積小，使處于電子注通道的磁通密度徑向分量低，且易于加工，適合用于多注螺旋線行波管的電子注聚焦。本發(fā)明解決技術問題的技術方案如下:
設計、制造一種周期永磁結構，包括極靴、定位環(huán)和永磁磁環(huán)；所述極靴、定位環(huán)以及永磁磁環(huán)按周期性排列形成周期永磁結構。所述極靴為圓盤形，在所述圓盤形極靴上設有上下對稱的臺階，所述臺階上設有柱形孔，作為電子注通道，所述電子注通道沿所述極靴的中心旋轉對稱；所述定位環(huán)上設有與所述極靴相同的電子注通道，所述定位環(huán)上設有對所述極靴和所述永磁磁環(huán)進行定位的凹槽結構。本發(fā)明的所述電子注通道為圓柱形通孔。本發(fā)明的所述電子注通道的數(shù)量不小于3個，按中心旋轉對稱分布，每個電子注通道的直徑不小于2mm。本發(fā)明的每個所述電子注通道中心軸線上的軸向磁通密度的方向與電子注通道中心軸線平行，其峰值的位置處于每個所述電子注通道的中心軸線與所述永磁磁環(huán)的厚度中心線的交點；每個所述電子注通道中心軸線上的徑向磁通密度方向指向周期永磁結構的中心軸線，徑向磁通密度峰值位置處于每個所述電子注通道的中心軸線與所述極靴厚度中心線的交點。本發(fā)明的每個所述電子注通道中心軸線上的的徑向磁通密度峰值Skci與軸向磁通密度峰值Ao之比，隨電子注通道直徑、電子注通道數(shù)量以及電子注通道中心軸線與周期永磁結構中心軸線之間的距離增加而增大。本發(fā)明的所述極靴為軟磁合金材料，如Q235 (GB/T700-2006)、DT4系列(GB/T6983-2008)、1J22 (GB/T14968-2008)等，所述永磁磁環(huán)為與軟磁合金材料相匹配的永磁材料，如稀土鈷永磁材料(GB/T4180)、釹鐵硼永磁材料(GB/T13560)等。本發(fā)明的所述電子注通道為三個圓形通孔時，電子注通道中心軸線上的的徑向磁通密度峰值久0與軸向磁通密度峰值4。之比優(yōu)于1%;所述電子注通道為四個圓形通孔時，電子注通道中心軸線上的徑向磁通密度峰值Aki與軸向磁通密度峰值Aci之比優(yōu)于1.5% ;所述電子注通道為五個圓形通孔時，電子注通道中心軸線上的的徑向磁通密度峰值Aki與軸向磁通密度峰值Aztl之比優(yōu)于2%。本發(fā)明的所述電子注通道(4)為七個圓柱形通孔，分布在內(nèi)外兩個同心圓上；所述定位環(huán)(2)與極靴(I)的七個圓柱形通孔為雙層結構，分布在內(nèi)外兩個同心圓上，內(nèi)層電子注通道(4)中心軸線上的徑向磁通密度理論上為0，外層電子注通道(4)中心軸線上的徑向磁通密度峰值Aki與軸向磁通密度峰值Azci之比優(yōu)于3%。本發(fā)明的有益效果是:基于螺旋線行波管小型化目的，在同一個永磁結構下，可對多個電子注聚焦，在相同體積下實現(xiàn)對永磁材料性能的最大化利用；所述周期永磁結構的優(yōu)點是徑向磁通密度峰值久0與軸向磁通密度峰值Ao之比可做到優(yōu)于該周期永磁結構的性能優(yōu)異，且有利于微波真空電子器件的小型化，具有很強的實用價值?！?br>

圖1為本發(fā)明實施例1的三個電子注通道的周期永磁結構 圖2為本發(fā)明實施例1的極靴的結構 圖3為本發(fā)明實施例1的定位環(huán)的結構 圖4為本發(fā)明實施例1的電子注通道的中心軸線上磁通密度分布圖，Be為徑向磁通密度，BzS軸向磁通密度；
圖5為本發(fā)明實施例2的四個電子注通道的周期永磁結構 圖6為本發(fā)明實施例2的電子注通道中心軸線上的磁通密度分布圖，Ih為徑向磁通密度，&為軸向磁通密度；
圖7為本發(fā)明實施例3的五個電子注通道的周期永磁結構 圖8為本發(fā)明實施例3的電子注通道中心軸線上的磁通密度分布圖，Ih為徑向磁通密度，A/100為軸向磁通密度的百分之一；
圖9為本發(fā)明實施例4的兩層七個電子注通道的周期永磁結構 圖10為本發(fā)明實施例4的內(nèi)層電子注通道中心軸線上的磁通密度分布圖，久為徑向磁通密度，A/100為軸向磁通密度的百分之一；圖11為本發(fā)明實施例4的外層電子注通道中心軸線的上磁通密度分布圖，久為徑向磁通密度，A/100為軸向磁通密度的百分之一。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實例對本發(fā)明加以詳細說明。
一種周期永磁結構，如圖1所示，包括極靴(I)、定位環(huán)(2)、永磁磁環(huán)(3)和電子注通道(4)。所述極靴(I)、定位環(huán)(2)以及永磁磁環(huán)(3)按周期排列形成周期永磁結構；所述極靴(I)為圓盤形，所述極靴(I)設有上下對稱的臺階，所述極靴(I)的臺階上設有柱形通孔，作為電子注通道(4);所述電子注通道(4)沿所述極靴(I)的中心旋轉對稱；所述定位環(huán)(2)上設有與所述極靴(I)相同的電子注通道，所述定位環(huán)(2)上設有對所述極靴(I)和所述永磁磁環(huán)(3)進行定位的凹槽結構。所述電子注通道(4)為柱形通孔，其方案之一為圓柱形通孔。所述電子注通道(4)的數(shù)量不小于3個，每個電子注通道的直徑不小于2_。每個所述電子注通道(4 )中心軸線上的軸向磁通密度的方向與電子注通道中心軸線平行，其峰值的位置處于每個所述電子注通道(4)的中心軸線與所述永磁磁環(huán)的厚度中心線的交點；每個所述電子注通道(4)中心軸線上的徑向磁通密度方向指向周期永磁結構的中心軸線，徑向磁通密度峰值位置處于每個所述電子注通道(4)的中心軸線與所述極靴厚度中心線的交點。每個所述電子注通道(4)中心軸線上的的徑向磁通密度峰值久C1與軸向磁通密度峰值Aci之比，隨電子注通道(4)直徑、電子注通道(4)數(shù)量以及電子注通道(4)中心軸線與周期永磁結構中心軸線之間的距離增加而增大。所述極靴(I)為軟磁合金材料，所述永磁磁環(huán)(3)為與軟磁合金材料相匹配的永磁材料。所述極靴(I)為軟磁合金材料，如Q235 (GB/T700-2006)、DT4系列(GB/T6983-2008 )、IJ22 (GB/T14968-2008 )等，所述永磁磁環(huán)(3 )為與軟磁合金材料相匹配的永磁材料，如稀土鈷永磁材料(GB/T4180)、釹鐵硼永磁材料(GB/T13560 )等。為了同時滿足周期永磁結構的磁性能和溫度穩(wěn)定性的要求，本發(fā)明實例廣4的永磁磁環(huán)(3)所用材料均為稀土鈷永磁材料，但不排除使用其他永磁材料。為了降低各電子注通道(4)的徑向磁通密度，本發(fā)明實例廣4的極靴(I)采用高飽和磁通密度的電磁純鐵DT4 (GB/T6983-2008),但不排除使用其它軟磁合金材料。該周期永磁結構的具體設計步驟如下:
a.根據(jù)行波管的電子注參數(shù)和高頻系統(tǒng)要求確定周期永磁結構的周期和軸向磁通密度峰值要求；
b.根據(jù)高頻系統(tǒng)或管殼尺寸確定電子注通道直徑和電子注通道數(shù)量；
c.根據(jù)永磁材料性能來分配極靴和永磁磁環(huán)的厚度，前提條件是極靴不能飽和，即通過極靴的磁通密度應不大于其飽和磁通密度；
d.初步設計電子注通道距周期永磁結構中心的距離、以及極靴臺階的外徑和永磁磁環(huán)的內(nèi)徑；
e.通過仿真計算，根據(jù)軸向磁通密度峰值要求來確定永磁磁環(huán)的外徑、極靴外徑和極靴臺階高度；f.通過仿真計算，對周期永磁結構的各組成件的尺寸進行優(yōu)化，目標是徑向磁通密度盡量低。g.根據(jù)極靴和永磁磁環(huán)尺寸確定定位環(huán)的尺寸。實施例1:圖1是三個電子注通道的周期永磁結構。圖2是極靴(I)的結構。圖3是定位環(huán)(2)的結構。本實施例的電子注通道直徑為2.2mm,周期永磁結構的周期為5.6mm,電子注通道的軸向磁通密度峰值為218mT，徑向磁通密度峰值與軸向磁通密度峰值之比為
0.52%。圖4是本實例電子注通道在中心軸線上的磁通密度分布圖，在圖4中，凡為徑向磁通密度，A/100為軸向磁通密度的百分之一。實施例2:圖5是四個電子注通道的周期永磁結構，本實施例的電子注通道直徑為
2.2mm,周期永磁結構的周期為5.6mm,電子注通道的軸向峰值磁通密度為218mT,徑向磁通密度峰值與軸向磁通密度峰值之比為1.02%。圖6是本實例電子注通道中心軸線上的磁通密度分布圖，在圖6中，凡為徑向磁通密度，A/100為軸向磁通密度的百分之一。實施例3:圖7是五個電子注通道的周期永磁結構，本實施例電子注通道直徑為
2.2mm,周期永磁結構的周期為5.6mm,電子注通道的軸向磁通密度峰值為220mT,徑向磁通密度峰值與軸向磁通密度峰值之比為1.78% ;圖8是本實例電子注通道中心軸線上的磁通密度分布圖，在圖8中， 凡為徑向磁通密度，A/100為軸向磁通密度的百分之一。實施例4:圖9是2層七個電子注通道的周期永磁結構，本實施例電子注通道直徑為2.2mm,周期永磁結構的周期為5.6mm,內(nèi)層電子注通道的軸向磁通密度峰值為215mT,徑向磁通密度為0，外層電子注通道的軸向磁通密度峰值為222mT，徑向磁通密度峰值與軸向磁通密度峰值之比為2.60% ;圖10是本實例內(nèi)層電子注通道軸線上的磁通密度分布圖；圖11是本實例外層電子注通道軸線上的磁通密度分布圖。在圖10和圖11中，凡為徑向磁通密度，A/100為軸向磁通密度的百分之一。以上內(nèi)容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種周期永磁結構，包括極靴(I)、定位環(huán)(2)、永磁磁環(huán)(3)和電子注通道(4)，其特征在于:所述極靴(I)為圓盤形，所述極靴(I)設有上下對稱的臺階，在極靴(I)臺階上設置有電子注通道(4)，所述電子注通道(4)沿極靴(I)中心旋轉對稱；所述定位環(huán)(2)上設有與所述極靴(I)相同的電子注通道(4)，所述定位環(huán)(2)上有凹槽，所述凹槽內(nèi)徑與極靴(I)臺階外徑配合，用于極靴(I)和永磁磁環(huán)(3)的定位；所述極靴(I)、定位環(huán)(2)以及永磁磁環(huán)(3)按周期性排列形成周期永磁結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的周期永磁結構，其特征在于:所述電子注通道(4)為柱形通孔，所述柱形通孔不限于圓柱形。
3.根據(jù)權利要求1所述的周期永磁結構，其特征在于:所述電子注通道(4)的通孔數(shù)量不小于3個,該通孔直徑不小于2mm。
4.根據(jù)照權利要求1所述的周期永磁結構，其特征在于:每個所述電子注通道(4)中心軸線上的軸向磁通密度的方向與電子注通道(4)中心軸線平行，其峰值的位置處于每個所述電子注通道 的中心軸線與所述永磁磁環(huán)(3)的厚度中心線的交點；每個所述電子注通道(4)中心軸線上的徑向磁通密度方向指向周期永磁結構的中心軸線,徑向磁通密度峰值位置處于每個所述電子注通道(4)的中心軸線與所述極靴(I)厚度中心線的交點。
5.根據(jù)照權利要求1所述的周期永磁結構，其特征在于:每個所述電子注通道(4)中心軸線上的的徑向磁通密度峰值久0與軸向磁通密度峰值Ao之比，隨電子注通道(4)直徑、電子注通道(4)數(shù)量以及電子注通道(4)中心軸線與周期永磁結構中心軸線之間的距離增加而增大。
6.根據(jù)照權利要求1所述的周期永磁結構，其特征在于:所述極靴(I)為軟磁合金材料；，所述永磁磁環(huán)(3)為與軟磁合金材料相匹配的永磁材料。
7.根據(jù)照權利要求1所述的周期永磁結構，其特征在于:所述電子注通道(4)為三個圓形通孔時，每個所述電子注通道(4)中心軸線上的徑向磁通密度峰值Skci與軸向磁通密度峰值Aztl之比之比優(yōu)于1%;所述電子注通道(4)為四個圓形通孔時，每個所述電子注通道(4)中心軸線上的徑向磁通密度峰值Skci與軸向磁通密度峰值沒Z(l之比優(yōu)于1.5% ;所述電子注通道(4)為五個圓形通孔時，每個所述電子注通道(4)中心軸線上的徑向磁通密度峰值Skci與軸向磁通密度峰值之比優(yōu)于2%。
8.根據(jù)照權利要求1所述的周期永磁結構，其特征在于:所述電子注通道(4)為七個圓柱形通孔，分布在內(nèi)外兩個同心圓上；所述定位環(huán)(2)與極靴(I)的七個圓柱形通孔為雙層結構，分布在內(nèi)外兩個同心圓上，內(nèi)層電子注通道(4)中心軸線上的徑向磁通密度理論上為O，外層電子注通道(4 )中心軸線上的徑向磁通密度峰值Bm與軸向磁通密度峰值Bm之比優(yōu)于3% ο
全文摘要
本發(fā)明公開了一種周期永磁結構，屬于微波真空電子器件領域，其包括極靴(1)、定位環(huán)(2)、永磁磁環(huán)(3)和電子注通道(4)，所述極靴(1)、定位環(huán)(2)以及永磁磁環(huán)(3)按周期性排列形成一種周期永磁結構。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明基于螺旋線行波管小型化目的，所述周期永磁結構的優(yōu)點是徑向磁通密度峰值BR0與軸向磁通密度峰值BZ0之比可做到優(yōu)于1%。該周期永磁結構的性能優(yōu)異，且有利于微波真空電子器件的小型化，具有很強的實用價值。
文檔編號H01J23/087GK103236389SQ201310114698
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月3日 優(yōu)先權日2013年4月3日
發(fā)明者王林梅, 張明, 王敬東, 李汴, 王磊, 袁濤, 鄒楊, 徐亮 申請人:西南應用磁學研究所