CN101944469B - 一种毫米波多注行波管倒向场永磁聚焦系统及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种毫米波多注行波管倒向场永磁聚焦系统，其由电子枪端盖(1)、第一磁场整流器(2)、第一尖峰产生极靴(3)、磁场倒向极靴(4)、第二尖峰产生极靴(5)、第二磁场整流器(6)、真空密封管壳(7)、收集极端盖(8)、第一永磁体(9)、第二永磁体(10)构成。其通过第一磁场整流器(2)和第二磁场整流器(6)对磁系统的左半边和右半边的磁场进行整流，使得横向磁场减小，不影响电子注的流通率；同时，其通过在聚焦系统中适用多个体积小的第一永磁体(9)及第二永磁体(10)，解决了均匀场永磁聚焦系统增益大时永磁体体积大的问题。

Description

一种毫米波多注行波管倒向场永磁聚焦系统及其制作方法

技术领域

本发明属于微波真空电子领域，具体涉及一种毫米波多注行波管倒向场永磁聚焦系统及其制作方法。

背景技术

行波管作为真空微波功率放大器件，具有频带宽、增益大、效率高、输出功率大等优点，在各类民用和军用微波发射机中有着广泛的应用。

随着厘米波多注行波管用户的逐渐拥挤，毫米波多注行波管技术的研发多年来备受关注。由于常规微波器件的尺寸与工作波长的“共度性”，对于毫米波多注行波管的设计与制作来说，由于毫米波段的波长小，为实现与工作波长的“共度性”，毫米波多注行波管慢波系统的径向尺寸需要设计的很小。而当毫米波多注行波管慢波系统的径向尺寸很小时，与其相互作用的电子注需设计的很细，并且密度很大。而实际的问题是，要使高密度电子注在行波管永磁聚焦系统获得良好的通过率不容易。

行波管的永磁聚焦系统通常有三种，即周期永磁聚焦系统、均匀磁场永磁聚焦系统、倒向场永磁聚焦系统。由于周期永磁聚焦系统在毫米波多注行波管中应用时，慢波系统膜片的非轴对称性带来的横向磁场对电子注的扰动会使得电子注的流通率降低。在毫米波多注行波管中很少采用周期永磁聚焦系统。

均匀磁场永磁聚焦系统的结构简单，应用广泛。但是这种磁系统的缺点是，永磁聚焦系统中的永磁体的体积随着行波管慢波系统长度的增加变的十分庞大，不利于行波管的小型化。行波管慢波系统的长度决定于管子设计时增益的大小，所以一般在毫米波多注行波管的增益超过40dB时，不适宜采用这种永磁聚焦系统。

因此，在毫米波多注行波管中，应用一种不影响电子注的流通率且结构小巧、简单的永磁聚焦系统成为难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种横向磁场较小、不影响电子注的流通率、永磁体体积较小的适合于毫米波多注行波管中应用的倒向场永磁聚焦系统，同时提供其制作方法。

为实现上述目的，本发明的总体构思为：

所述的这种毫米波多注行波管永磁聚焦系统，包括电子枪端盖、第一磁场整流器、第一尖峰产生极靴、磁场倒向极靴、第二尖峰产生极靴、第二磁场整流器、收集极端盖、真空密封管壳、第一永磁体、第二永磁体。

电子枪端盖及收集极端盖位于真空密封管壳的两端。

第一磁场整流器、第一尖峰产生极靴、磁场倒向极靴、第二尖峰产生极靴、第二磁场整流器的中心穿过真空密封管壳。

第一永磁体及第二永磁体的中心穿过真空密封管壳。

磁场倒向极靴与毫米波多注行波管慢波系统中的吸收器的位置相同，与吸收器隔片重合。

电子枪端盖位于第一磁场整流器的一侧，收集极端盖位于第二磁场整流器的一侧。

第一磁场整流器位于第一尖峰产生极靴的一侧，第二磁场整流器位于第二尖峰产生极靴的一侧。第一尖峰产生极靴位于磁场倒向极靴的一侧，第二尖峰产生极靴位于磁场倒向极靴的另一侧。

第一永磁体放置在第一磁场整流器中，第二永磁体放置在第二磁场整流器中。在第一磁场整流器中第一永磁体的放置方向为NS-NS，对第一磁场整流器里放置的第一永磁体进行轴向充磁；在磁场倒向极靴的另一侧，第二磁场整流器中第二永磁体的放置方向为SN-SN，对第二磁场整流器里放置的第二永磁体进行轴向充磁。

第一磁场整流器与在其中放置的第一永磁体相互吸引，其整体相当于一个大的轴向充磁的磁片，放置方向为NS；第二磁场整流器与在其中放置的第二永磁体也互相吸引，其整体相当于一个大的轴向充磁的磁片，放置方向为SN。

电子枪端盖和收集极端盖的作用是分别对电子枪区和收集极区进行磁屏蔽。

第一磁场整流器和第二磁场整流器的作用是对磁系统的左半边和右半边的磁场进行整流，达到使第一永磁体及第二永磁体自身产生的横向磁场减小的目的。

第一磁场整流器及第二磁场整流器的材料为电工纯铁DT8。

第一尖峰产生极靴和第二尖峰产生极靴的作用是在磁场倒向处产生一个较大的磁场值，目的是抵消电子注在通过磁场换向区域时产生的散焦效应。

磁场倒向极靴的作用是使得在极靴的两面，磁场的方向进行倒置。真空管壳的作用是将慢波系统封闭于真空室内，使得磁系统全部位于真空室外，这就简化了真空系统的设计和可靠性。

所述的这种毫米波多注行波管倒向场永磁聚焦系统的制作方法按如下步骤进行：

第一步骤：计算出所需的均匀磁场值B_z，计算公式为：

$B_Z=K\·833\·\frac{I_0^{1/2}}{r_0\·V_0^{1/4}}\left(\mathrm{Gs}\right)$

式中：r₀——电子注半径(厘米)；

I₀——电子注电流(安培)；

V₀——电子注电压(伏特)；

K＝1.5～2，为比例常数，一般取K＝1.6；

第二步骤：计算出两个尖峰处所需的磁场值B_zp，计算公式为：

$B_{\mathrm{ZP}}=\sqrt{2}\·B_Z;$

第三步骤：根据毫米波多注行波管的设计要求，确定真空密封管壳的外半径R，取第一磁场整流器及第二磁场整流器和第一永磁体及第二永磁体的内半径为R；取第一尖峰产生极靴、磁场倒向极靴及第二尖峰产生极靴的内径为R；

第四步骤：磁场倒向极靴与毫米波多注行波管慢波系统中的吸收器的位置相同，与吸收器隔片重合，厚度为1.5L，其中L为毫米波多注行波管慢波系统的周期；

第五步骤：根据毫米波多注行波管慢波系统中的吸收器的大小确定第一尖峰产生极靴及第二尖峰产生极靴的位置，取第一尖峰产生极靴及第二尖峰产生极靴的厚度为0.5L，其中L为毫米波多注行波管慢波系统的周期；

第六步骤：取第一尖峰产生极靴到磁场倒向极靴之间的距离为第一永磁体的厚度d₁；取第二尖峰产生极靴到磁场倒向极靴之间的距离为第二永磁体的厚度d₂；

第七步骤：根据磁场倒向极靴与电子枪端盖之间的距离D₁，确定二者之间第一永磁体的最大外半径R₁；

第八步骤：根据磁场倒向极靴与收集极端盖之间的距离D₂，确定二者之间的第二永磁体的最大外半径R₂；

第九步骤：第一磁场整流器及第二磁场整流器的厚度取为0.3mm。

通过第一步骤至第八步骤可以确定以下位置关系及数据：磁场倒向极靴的位置、内径、厚度；第一磁场尖峰产生极靴及第二磁场尖峰产生极靴的位置、内径、厚度；第一磁场整流器及第二磁场整流器的内径、厚度；第一永磁体及第二永磁体的内径、厚度和最大外径。以上步骤完成后，本发明所述的毫米波多注行波管倒向场永磁聚焦系统即可达到工作要求。

本发明所提供的这种毫米波多注行波管永磁聚焦系统，通过第一磁场整流器和第二磁场整流器对磁系统的左半边和右半边的磁场进行整流，横向磁场减小，不影响电子注的流通率；同时，通过在聚焦系统中适用多个体积小的第一永磁体及第二永磁体，解决了均匀场永磁聚焦系统增益大时永磁体体积大的问题。同时本发明提供了制作所述的倒向场永磁聚焦系统的制作方法。所述的倒向场永磁聚焦系统除应用于毫米波多注行波管外，还可推广到其它毫米波真空电子器件(例如毫米波速调管，毫米波返波管等)的磁聚焦系统的设计中，具有较高的实用价值。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容作简要说明：

图1为未安装第一永磁体及第二永磁体的毫米波多注行波管倒向场永磁聚焦系统结构示意图；

图2为安装了第一永磁体及第二永磁体的毫米波多注行波管倒向场永磁聚焦系统结构示意图；

图中标记为：1、电子枪端盖，2、第一磁场整流器，3、第一尖峰产生极靴，4、磁场倒向极靴，5、第二尖峰产生极靴，6、第二磁场整流器，7、真空密封管壳，8、收集极端盖，9、第一永磁体，10、第二永磁体。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件之间的相互位置关系及工作原理等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1、图2所述的本毫米波多注行波管倒向场永磁聚焦系统，由电子枪端盖1、第一磁场整流器2、第一尖峰产生极靴3、磁场倒向极靴4、第二尖峰产生极靴5、第二磁场整流器6、真空密封管壳7、收集极端盖8、第一永磁体9、第二永磁体10构成。

电子枪端盖1及收集极端盖8位于真空密封管壳7的两端。

第一磁场整流器2、第一尖峰产生极靴3、磁场倒向极靴4、第二尖峰产生极靴5、第二磁场整流器6的中心穿过真空密封管壳7。

第一永磁体9及第二永磁体10的中心穿过真空密封管壳7。

磁场倒向极靴4与毫米波多注行波管慢波系统中的吸收器的位置相同，与吸收器隔片重合。

电子枪端盖1在第一磁场整流器2的一侧，收集极端盖8位于第二磁场整流器6的一侧。

第一磁场整流器2位于第一尖峰产生极靴3的一侧，第二磁场整流器6位于第二尖峰产生极靴5的一侧。第一尖峰产生极靴3位于磁场倒向极靴4的一侧，第二尖峰产生极靴5位于磁场倒向极靴4的另一侧。

第一永磁体9放置在第一磁场整流器2中，第二永磁体10放置在第二磁场整流器6中。在磁场倒向极靴4的一侧，第一磁场整流器2中第一永磁体9的放置方向为NS-NS，对第一永磁体9进行轴向充磁；在磁场倒向极靴4的另一侧，第二磁场整流器6中第二永磁体10的放置方向为SN-SN，对第二永磁体10进行轴向充磁。

第一磁场整流器2与在其中放置的第一永磁体9相互吸引，其整体相当于一个大的轴向充磁的磁片，放置方向为NS；第二磁场整流器6与在其中放置的第二永磁体10也互相吸引，其整体相当于一个大的轴向充磁的磁片，放置方向为SN。

第一磁场整流器2和第二磁场整流器6的作用是对磁系统的左半边和右半边的磁场进行整流，达到使第一永磁体9及第二永磁体10产生的横向磁场减小的目的。

磁场倒向极靴4的作用是使极靴的两面磁场的方向进行倒置。

Claims (4)

1.一种毫米波多注行波管倒向场永磁聚焦系统，其特征在于：其包括电子枪端盖(1)、第一磁场整流器(2)、第一尖峰产生极靴(3)、磁场倒向极靴(4)、第二尖峰产生极靴(5)、第二磁场整流器(6)、真空密封管壳(7)、收集极端盖(8)、第一永磁体(9)、第二永磁体(10)；电子枪端盖(1)及收集极端盖(8)位于真空密封管壳(7)的两端；第一磁场整流器(2)、第一尖峰产生极靴(3)、磁场倒向极靴(4)、第二尖峰产生极靴(5)、第二磁场整流器(6)的中心穿过真空密封管壳(7)；第一永磁体(9)及第二永磁体(10)的中心穿过真空密封管壳(7)；电子枪端盖(1)位于第一磁场整流器(2)的一侧，收集极端盖(8)位于第二磁场整流器(6)的一侧；第一磁场整流器(2)位于第一尖峰产生极靴(3)的一侧，第二磁场整流器(6)位于第二尖峰产生极靴(5)的一侧；第一尖峰产生极靴(3)位于磁场倒向极靴(4)的一侧，第二尖峰产生极靴(5)位于磁场倒向极靴(4)的另一侧；第一永磁体(9)放置在第一磁场整流器(2)中，第二永磁体(10)放置在第二磁场整流器(6)中；对第一永磁体(9)及第二永磁体(10)进行轴向充磁。

2.按照权利要求1所述的永磁聚焦系统，其特征在于：在第一磁场整流器(2)中第一永磁体(9)的放置方向为NS-NS，在第二磁场整流器(6)中第二永磁体(10)的放置方向为SN-SN。

3.按照权利要求1所述的永磁聚焦系统，其特征在于：第一磁场整流器(2)及第二磁场整流器(6)的材料为电工纯铁DT8。

4.一种权利要求1所述的毫米波多注行波管倒向场永磁聚焦系统的制作方法，其特征在于：所述的这种永磁聚焦系统按如下步骤设计制作：

第一步骤：计算出所需的均匀磁场值B_z，计算公式为：

$B_Z=K\·833\·\frac{I_0^{1/2}}{r_0\·V_0^{1/4}}\left(\mathrm{Gs}\right)$

式中：r₀——电子注半径(厘米)；

      I₀——电子注电流(安培)；

      V₀——电子注电压(伏特)；

      K为比例常数，取K＝1.6；

第二步骤：计算出两个尖峰处所需的磁场值B_zp，计算公式为：

$B_{\mathrm{ZP}}=\sqrt{2}\·B_Z;$

第三步骤：根据毫米波多注行波管的设计要求，确定真空密封管壳(7)的外半径R，取第一磁场整流器(2)及第二磁场整流器(6)和第一永磁体(9)及第二永磁体(10)的内半径为R；取第一尖峰产生极靴(3)、磁场倒向极靴(4)、第二尖峰产生极靴(5)的内半径为R；

第四步骤：磁场倒向极靴(4)与毫米波多注行波管慢波系统中的吸收器的位置相同，并将其与吸收器隔片重合，其厚度为1.5L，其中L为毫米波多注行波管慢波系统的周期；

第五步骤：根据毫米波多注行波管慢波系统中的吸收器的大小确定第一尖峰产生极靴(3)及第二尖峰产生极靴(5)的位置，取第一尖峰产生极靴(3)及第二尖峰产生极靴(5)的厚度为0.5L，其中L为毫米波多注行波管慢波系统的周期；

第六步骤：取第一尖峰产生极靴(3)到磁场倒向极靴(4)之间的距离为第一永磁体(9)的厚度d₁；取第二尖峰产生极靴(5)到磁场倒向极靴(4)之间的距离为第二永磁体(10)的厚度d₂；

第七步骤：根据磁场倒向极靴(4)与电子枪端盖(1)之间的距离D₁，确定二者之间第一永磁体(9)的最大外半径R₁；

第八步骤：根据磁场倒向极靴(4)与收集极端盖(8)之间的距离D₂，确定二者之间的第二永磁体(10)的最大外半径R₂；

第九步骤：第一磁场整流器(2)及第二磁场整流器(6)的厚度取为0.3mm。

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