CN102737929A - 一种滤波器加载宽频带三间隙耦合输出腔结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种滤波器加载宽频带三间隙耦合输出腔结构，涉及微波技术，其包括腔体、腔盖、腔片、滤波膜片、输出腔体波导一、输出腔体波导二、输出波导段和输出波导法兰；腔体和腔片构成卡环结构，形成小尺寸耦合槽结构，且材料选择为高强度的弥散铜；一个腔盖、两个腔体、两个腔片、输出腔体波导一和输出腔体波导二，共一中轴通道，电子注从中通过；输出腔体波导一、输出腔体波导二、滤波膜片、输出波导法兰，构成输出段；腔盖、腔体、输出腔体波导一、输出腔体波导二、输出波导段和输出波导法兰采用外切槽焊接方式固连。

Description

一种滤波器加载宽频带三间隙耦合输出腔结构
技术领域
本发明涉及微波技术领域，特别涉及毫米波放大器，是一种产生宽频带输出的三间隙耦合输出腔结构。
背景技术
扩展互作用速调管是一种高频率、高功率、结构简单、重量轻、稳定性好、频谱较纯和寿命长的宽频带毫米波器件，在毫米波段可以获得千瓦级功率输出，在亚毫米波段可获得瓦级功率输出。在国外，它已经广泛应用于卫星通信、低空导航和目标搜索的雷达和其它毫米波雷达、等离子体诊断等领域。扩展互作用速调管是把行波管和速调管结合起来，创造出的一种既有较高增益，又有较宽带宽的一种新型毫米波器件。它的每一个谐振腔都由一段多间隙耦合腔构成。多间隙耦合腔具有较高的阻抗，较低的外Q值，从而使扩展互作用速调管具有较大的效率带宽积。同时采用多间隙耦合腔，还可以降低其在高功率应用中间隙高频击穿的可能性和提高热功率容量。相对于耦合腔行波管，扩展互作用速调管具有高功率、高增益、高稳定性和低价格的优势。现有的毫米波扩展互作用速调管，多采用梯形多间隙耦合腔结构，它是在整块无氧铜上开梯形槽。其优点是加工焊接装配简单，缺点是相对于传统的重入式耦合腔结构，互作用距离要加长，由此会增加聚焦系统的重量，不利于扩展互作用速调管在空间上的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种滤波器加载宽频带三间隙耦合输出腔结构，在加载滤波器后可以实现宽频带功率输出。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种滤波器加载宽频带三间隙耦合输出腔结构，包括腔体、腔盖、腔片、滤波膜片、输出腔体波导一、输出腔体波导二、输出波导段和输出波导法兰；其腔体和腔片构成卡环结构，形成沿径向0.2-0.3mm的耦合槽结构；一个腔盖、两个腔体、两个腔片、输出腔体波导一和输出腔体波导二形成三个腔体，共一中轴通道，电子注从中通过；输出腔体波导一、输出腔体波导二、滤波膜片、输出波导法兰，构成输出段；腔盖、腔体、输出腔体波导一、输出腔体波导二、输出波导段和输出波导法兰相互间采用外切槽焊接方式固连。
所述的三间隙耦合输出腔结构，其所述输出腔体波导一和输出腔体波导二形成的输出腔体波导结构，便于加工和焊接。
所述的三间隙耦合输出腔结构，其所述腔片厚度为0.34-0.36mm，不考虑气密性，采用抗拉强度(бb/MPa)≥450、屈服强度(MPa)≥350、延伸率(δ5％)≥7的弥散铜材料。
所述的三间隙耦合输出腔结构，其所述三个腔体，尺寸相同，电子注通道直径1.2mm，漂移头内外径分别为1.2mm和1.8mm，间隙0.6mm，腔高1.5mm，漂移头壁厚0.35mm，腔内径2.43mm，耦合槽宽113度，径向0.2mm，输出波导开孔1.3mm×3.9mm，距离通道直线3mm，第一节滤波器长4.15mm，第二节滤波器长3.45mm，第一滤波膜片开孔3.42mm×3.56mm，第二滤波膜片开孔5.0mm×3.56mm，滤波膜片厚度为0.5mm。
所述的三间隙耦合输出腔结构，其所述三间隙耦合输出腔与相关部件采用真空器件常规焊接方法固连。
加载宽频带三间隙耦合输出腔结构，是新的可以获得宽频带功率输出的三间隙耦合输出腔结构，与现有的多间隙耦合输出腔重点区别在于腔体与腔片卡环形成小尺寸耦合槽结构、输出波导与腔体的加工焊接结构实现了滤波器加载技术。
附图说明
图1A是本发明的一种滤波器加载宽频带三间隙耦合输出腔结构主视图；
图1B是图1A中沿VV平面的立体半剖投影视图；
图2A是图1A中沿VV平面的剖面尺寸示意图；
图2B是图1A中沿UU平面的剖面尺寸示意图；
图3是本发明中腔盖的剖视图；
图4A是本发明中腔体的主视图；
图4B是图4A中腔体的A-A剖视图；
图5A是本发明中腔片的主视图；
图5B是图5A中腔片的A-A剖视图；
图6A是本发明中输出腔体波导一的主视图；
图6B是图6A中输出腔体波导一的A-A剖视图；
图7A是本发明中输出腔体波导二的主视图；
图7B是图7A中输出腔体波导二的A-A剖视图；
图8A是本发明中滤波膜片的主视图；
图8B是图8A中滤波膜片的左视图；
图9A是本发明中输出波导段的主视图；
图9B是图9A中输出波导段的A-A剖视图；
图10A是本发明中输出波导法兰的主视图；
图10B是图10A中输出波导法兰的A-A剖视图；
图11A是本发明滤波器加载宽频带三间隙耦合输出腔结构的群时延曲线的模拟结果曲线图；
图11B是与图11A群时延曲线相对应的间隙阻抗实部曲线图。
具体实施方式
为了帮助更好地理解本发明，下面将参考附图举例描述本发明的具体实施方案。
参见图1-图10，本发明的一种滤波器加载宽频带三间隙耦合输出腔结构，包括腔体1、输出腔体波导一2、输出腔体波导二3、腔盖4、腔片5、滤波膜片6、输出波导段7和输出波导法兰8。其中腔体1与腔片5卡环结构相配合形成小尺寸耦合槽结构；腔体1、输出腔体波导一2、输出腔体波导二3、腔盖4、输出波导段7和输出波导法兰8之间采用外切槽方式进行焊接；腔体1、输出腔体波导一2、输出腔体波导二3、腔盖4和腔片5，共一中轴线，腔体1、输出腔体波导一2开两个对中孔，实现结构的对中，双对中孔构成的直线与输出波导法线成直角。而腔体1上的两个通孔主要是用于保证三间隙输出腔的对中以及输出腔和前面腔体的对中，法兰8上的通孔通过螺钉与标准波导法兰连接。
本发明将用于Ka波段扩展互作用速调管中，目标是获得≥2GHz的冷测带宽。为了获得上面的技术指标，同时考虑装配和焊接，设计了如图1所示的腔体1、输出腔体波导一2、输出腔体波导二3、腔盖4、腔片5、滤波膜片6、输出波导段7和输出波导法兰8结构。图2A和图2B给出了整个滤波器加载三间隙耦合输出结构的关键尺寸，电子注通道直径1.2mm，漂移头内外径分别为1.2mm和1.8mm，间隙0.6mm，腔高1.5mm，腔内径4.86mm，耦合槽宽113度，径向0.2-0.3mm，输出波导开孔1.3mm×3.9mm，距离通道直线3mm，第一节滤波器长4.15mm，第二节滤波器长3.45mm，第一滤波膜片开孔3.42mm×3.56mm，第二滤波膜片开孔5.0mm×3.56mm，滤波膜片厚度为0.5mm。图3-图10是构成此部件的各个零件的尺寸。图3给出腔盖5外径5.86mm，沿外圈开0.4mm×0.4mm的焊料槽。腔体1外径12mm，内径4.86mm，腔高1.85mm，沿一侧加工外径5.86mm，深0.85mm，形成台阶结构，另一侧加工形成外径5.86mm内径4.86mm，高0.85mm的圆筒结构，此圆筒切掉高0.35mm，沿角向113度的部分，形成缺口。两个直径为1的对中孔，孔中心连线通过腔体中心，并与腔体的对称线垂直，两孔与中心距离皆为4mm。腔体外侧开0.4mm×0.4mm的焊料槽(参见图4B)。腔片5外径5.86mm，漂移头内径1.2mm，外径1.8mm，腔片厚度0.35mm，漂移头长0.45mm，腔片沿外径切掉部分形成缺口，缺口尺寸大小为角向113度，径向4.46mm-5.86mm(参见图5A)。为了保证机械强度，腔片的材料选择为弥散铜，因为此腔片位于整个腔体的内部，不必考虑其气密性。腔片5和腔体1相配合形成径向0.2mm，角向113度的耦合槽结构，采用这种方法，解决了此耦合槽加工的难题。图6A、图6B和图7A、图7B给出了输出腔体波导一2和输出腔体波导二3的尺寸，两者相配合构成输出腔体波导的结构，输出波导口的尺寸为1.3mm×3.9mm。图8给出滤波膜片6的尺寸，第一滤波膜片开孔3.42mm×3.56mm，第二滤波膜片开孔5.0mm×3.56mm，滤波膜片厚度为0.5mm。图9A给出Ka波段标准波导的尺寸3.56mm×7.12mm。图10给出的是连接的波导法兰的尺寸。图11A给出了此结构的群时延曲线，图11B给出了与群时延曲线相对应的阻抗频率曲线，由此可以看出此结构3dB带宽达到2.0GHz。

Claims (5)

1.一种滤波器加载宽频带三间隙耦合输出腔结构，包括腔体、腔盖、腔片、滤波膜片、输出腔体波导一、输出腔体波导二、输出波导段和输出波导法兰；其特征在于，腔体和腔片构成卡环结构，形成沿径向0.2-0.3mm的耦合槽结构；一个腔盖、两个腔体、两个腔片、输出腔体波导一和输出腔体波导二形成三个腔体，共一中轴通道，电子注从中通过；输出腔体波导一、输出腔体波导二、滤波膜片、输出波导法兰，构成输出段；腔盖、腔体、输出腔体波导一、输出腔体波导二、输出波导段和输出波导法兰相互间采用外切槽焊接方式固连。
2.如权利要求1所述的三间隙耦合输出腔结构，其特征在于，所述输出腔体波导一和输出腔体波导二形成的输出腔体波导结构，便于加工和焊接。
3.如权利要求1所述的三间隙耦合输出腔结构，其特征在于，所述腔片厚度为0.34-0.36mm，不考虑气密性，采用抗拉强度(бb/MPa)≥450、屈服强度(MPa)≥350、延伸率(δ5％)≥7的弥散铜材料。
4.如权利要求1所述的三间隙耦合输出腔结构，其特征在于，所述三个腔体，尺寸相同，电子注通道直径1.2mm，漂移头内外径分别为1.2mm和1.8mm，间隙0.6mm，腔高1.5mm，漂移头壁厚0.35mm，腔内径2.43mm，耦合槽宽113度，径向0.2mm，输出波导开孔1.3mm×3.9mm，距离通道直线3mm，第一节滤波器长4.15mm，第二节滤波器长3.45mm，第一滤波膜片开孔3.42mm×3.56mm，第二滤波膜片开孔5.0mm×3.56mm，滤波膜片厚度为0.5mm。
5.如权利要求1所述的三间隙耦合输出腔结构，其特征在于，所述三间隙耦合输出腔与相关部件采用真空器件常规焊接方法固连。
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