CN102683141B - 一种集成行波管放大器 - Google Patents

Abstract

一种集成行波管放大器，属于微波真空电子器件领域，包括电子枪组件、与其对中装配好的慢波结构、磁聚焦系统，相应的输能装置以及收集极；电子枪组件由多个阴极头以及各阴极头对应的聚焦电极排列组合而成；慢波结构是由多个独立的螺旋线平行排列组合而成，它们共用同一套磁聚焦系统和收集极；每一个慢波结构都有相应的输能装置，分别使每一路输入信号经放大后输出。通过集成的方法，采用多注电子枪，共用磁聚焦系统和收集极，有效减小单个行波管放大器所占的横截面积尺寸，缩小了该放大器的总体积。

Description

一种集成行波管放大器

技术领域

本发明属于微波真空电子器件领域，特别涉及到用于电子装备中的一种集成行波管放大器。

背景技术

行波管放大器广泛应用于雷达、通讯、电子战等电子装备中。行波管放大器主要包括五个部分，它们分别是电子枪组件、高频电路、磁聚焦系统、收集极及输能系统。这些部分的位置关系表示在图1中。行波管放大器的基本工作原理，是利用阴极发射出来的直流电子注与电磁场发生相互作用，电子注产生群聚现象并进行能量交换，将电子直流能量转化为高频微波能量进行输出，形成信号放大器的功能。相比于固态微波放大器，行波管放大器具有大功率、宽频带、高效率、高增益等特点，在很多场合下是固态微波放大器所无法替代的。

随着雷达、电子战等电子系统不断向多功能化、一体化和模块化方向发展，要求雷达末级功率放大器能够实现小型、紧凑、阵列的特点。尤其是有源相控阵雷达，由于具有一些特殊优点而得到了迅速发展，成为当前雷达、干扰等电子系统的主流发展趋势。行波管放大器是这些系统不可缺少的核心器件之一，在相控阵雷达系统中有着重要的地位。

相控阵雷达的主要特点是：雷达天线不通过机械转动来实现波束扫描，而是采用电子扫描的方式来实现波束在空间的扫描，具有以往机械扫描雷达完全不具备的性能和特点，如实现多功能和多目标跟踪，抗干扰能力强，可靠性高，隐身性能好等特点。

为避免栅瓣的出现，有源相控阵的单个天线振源尺寸要求小于工作频率的半波长，传统的行波管等电真空器件在尺寸上已经超过，很难满足该体制的应用要求。

为了实现行波管放大器的小型、紧凑和集成化，便于其在有源相控阵雷达中的应用，可以将多个参数相同行波管放大器中的电子枪、磁聚焦系统和收集极共同组合成一套联合系统。通过这种集成的方法，有效降低单个行波管放大器所占的横截面积尺寸，满足有源相控阵体制对于功率放大器小体积尺寸的要求。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，针对现有技术中行波管放大器的传统结构占据较大的体积、尺寸，很难符合现代雷达、电子战系统对小体积、轻重量、结构紧凑等一系列要求，为了克服这一缺陷，需要重新设计一种创新的行波管放大器结构。该器件结构主要解决传统行波管由于尺寸相比于固态放大器件大，不能满足有源相控阵雷达体制、电子战等系统的应用要求。本发明的目的是提供一种集成行波管放大器，实现行波管的小型化、紧凑化和集成化，同时也为集成阵列化行波管的发展奠定基础。

为实现上述目的，所采取的技术方案如下：

一种集成行波管放大器，包括电子枪组件、与其对中装配好的慢波结构、磁聚焦系统，相应的输能装置以及收集极；其特征在于，所述电子枪组件由多个阴极头以及各阴极头对应的聚焦电极排列组合而成；所述慢波结构是由多个独立的螺旋线慢波结构平行排列组合而成，它们共用同一套磁聚焦系统和收集极；每一个慢波结构都有相应的输能装置，分别使每一路输入信号经放大后输出，共用的收集极分别对多注电子注剩余能量进行回收。

在每一个集成行波管放大器中，所述的电子枪组件，是指同时并列着至少两个或两个以上的电子注，它们由多个阴极共用一个阴极热丝组件进行加热，在各自的聚焦极、阳极的作用下形成相互独立的多个电子注。

所述的集成行波管放大器，其所述的慢波结构是采用多套螺旋线或多套耦合腔或其他类型的慢波结构，其输能装置采用同轴结构或波导结构。

所述的集成行波管放大器，其所述的磁聚焦系统，是在同一个系统中提供多个并列的电子注的磁聚焦，由永磁材料构成周期永磁聚焦系统或构成均匀磁场聚焦系统或倒向场聚焦系统。这是集成行波管的核心部件，通过磁聚焦系统的共用，有效提高了磁体材料利用效率，大大减小了器件的总体积和尺寸。

所述的集成行波管放大器，其所述的收集极，是共用同一个系统，分别对多注电子注剩余能量进行回收。使器件的总效率得以提高。

本发明的积极效果是，通过集成的方法，采用多注电子枪，共用磁聚焦系统和收集极，有效减小单个行波管放大器所占的横截面积尺寸，缩小了该放大器的总体积。使该器件既保留了行波管放大器所具有的大功率、宽频带、高效率、高增益等优点，又克服了传统行波管放大器尺寸较大的缺陷。本发明为有源相控阵雷达体制、电子战等电子系统的发展提供了一种符合体积要求的功率放大器件。

附图说明

图1是常规行波管原理结构示意图

图2是本发明所述三注集成行波管电子枪组件示意图

图3是上述集成螺旋线行波管各部分位置关系示意图

图4是三注集成螺旋线行波管中单个慢波系统示意图

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明加以详细说明，所描述的集成行波管实例仅是为了便于对本发明的理解。

参照图1，表示传统结构的一种行波管放大器示意图，该放大器由包括聚焦极2、阳极3在内的电子枪组件1沿轴线对中装配好的螺旋线慢波结构4、磁聚焦系统5、收集极6以及输能系统7构成。

为更清楚地阐述本发明，下面以三注集成螺旋线行波管为例阐述各自主要部件的结构和特点。参照图2，是所采用的三注电子枪组件1，在一个阴极支撑筒1-3上焊接三个阴极头1-1，并通过共用的一个阴极热丝引线1-2为其提供加热功率，阴极热丝引线1-2埋藏在阴极支撑筒1-3内的填充物氧化铝粉内。2为三注结构中的三个聚焦电极，用于对电子注进行汇聚。它们在共用的磁聚焦系统的聚束作用下穿过各自的慢波结构，与同步激励的电磁场进行互作用，并经各自的输能装置输出放大的微波信号，收集极回收剩余电子能量。

参照图3，表示三注集成行波管的慢波结构、磁聚焦系统和输能装置示意图。通过三注电子枪组件发射出来的三个电子注，经过三个独立的慢波结构4，与沿慢波结构传播的电磁波发生互作用并进行能量交换。该三注集成螺旋线行波管利用周期永磁聚焦系统进行电子注聚焦，周期永磁聚焦系统由磁化方向相反的磁钢5间隔排列而成，磁钢之间为软磁材料组成的极靴8。电子注在共用的磁聚焦系统5的聚束作用下穿过各自的慢波结构4，与同步激励的电磁场进行互作用，并经各自的输能装置7输出放大的微波信号，收集极6回收剩余电子能量。

参照图4，表示三注集成螺旋线行波管中单个慢波系统示意图，本实例中采用三根螺旋线4-1作为慢波结构，每根螺旋线通过三根矩形夹持杆4-2固定在各自管壳4-3内，

以上所述为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于上面所述结构。任何熟悉该技术领域的人在本发明所揭露的技术范围内，可以理解想到的变换或替换所得到的器件结构能够在一个器件中通过集成的方法实现多个行波管功能的，都应涵盖在本发明的保护范围内，因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种集成行波管放大器，包括电子枪组件、与其对中装配好的慢波结构、磁聚焦系统，相应的输能装置以及收集极；其特征在于，所述电子枪组件由多个阴极头以及各阴极头对应的聚焦电极排列组合而成；所述慢波结构是由多个独立的螺旋线平行排列组合而成，它们共用同一套磁聚焦系统和收集极；每一个慢波结构都有相应的输能装置，分别使每一路输入信号经放大后输出，共用的收集极分别对多注电子注剩余能量进行回收；所述电子枪组件，是指同时并列着至少两个或两个以上的电子注，它们由多个阴极共用一个阴极热丝组件进行加热，在各自的聚焦极、阳极的作用下形成相互独立的多个电子注。

2.根据权利要求1所述的集成行波管放大器，其特征在于，所述慢波结构是采用多套螺旋线，其输能装置采用同轴结构或波导结构。

3.根据权利要求1所述的集成行波管放大器，其特征在于，所述磁聚焦系统，是在同一个系统中提供多个并列的电子注的磁聚焦，由永磁材料构成周期永磁聚焦系统或构成均匀磁场聚焦系统或倒向场聚焦系统。