CN103311075B - 一种双模式行波管慢波结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双模式行波管慢波结构，包括耦合腔，在耦合腔腔体内壁中心设有电子注通道；在耦合腔腔体内壁中心设有凸起，电子束通道设在凸起上；电子束通道由凸起中心向所述凸起边缘依次设为凸起中心层、中间层及外层三层，凸起中心层、中间层及外层的电子注通道数量依次增加；该双模式行波管慢波结构，三层电子注通道构成高功率工作模式，凸起中心层及中间层两层电子注通道构成低功率工作模式；低模的电子束处于腔体中心，电场强，耦合阻抗大，高模的数量多的电子束处于腔体边缘位置，电场小，耦合阻抗小；这样行波管高功率模式工作和低功率模式工作时，增益参量C的差别小，两种模式的慢波系统兼容性强，可用同一磁场对电子束进行聚焦。<!--1-->

Description

一种双模式行波管慢波结构

技术领域

本发明涉及微波真空器件领域，具体涉及一种双模式行波管慢波结构。

背景技术

在微波真空器件领域中，行波管是应用最广泛的器件。其中双模式行波管可以工作在高功率及低功率两种模式状态。高工作模式阴极峰值电流大，脉冲输出功率高，工作比小，作为主要功能的雷达使用；低工作模式阴极峰值电流小，脉冲输出功率小，工作比大，可以作为制导、干扰等功能使用。双模式行波管可以使用一种行波管完成两种功能。

双模式行波管要求两种工作模式的平均功率和平均阴极电流相当，可以使用同一组电源供电，其对电源供应紧张的场合如机载领域具有特别重要的意义。双模式行波管设计的难点之一在于慢波系统的设计。慢波系统需要兼容高、低模式两种工作状态。

现有的双模式行波管多采用单注结构，慢波系统的设计在兼容高、低模式时遇到不可逾越的原理性障碍，主要表现在高模式工作时，行波管的电流大，耦合阻抗高，增益参量C大；低模式工作时行波管的电流小，耦合阻抗小，增益参量C小。若慢波系统设计在高模式工作正常时，低模式工作将会出现输出功率小，增益小，达不到设计要求；若慢波系统设计在低模式工作正常时，高模式工作将会出现增益大，行波管会产生自激振荡的问题。

另外，由于高、低模式的电流大小不一样，需要同一磁场对两种不同大小的电流聚焦。若磁场按照高模式大电流情况下设计，在低模式下就难以满足要求；磁场若按照低模式小电流设计，在高模式大电流情况下就难以聚焦。在现有的单注双模式行波管中，由于原理性的限制，两种模式的输出功率差别不能很大，限制了双模式行波管性能和使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够满足高功率及低功率两种模式及工作状态的工作需求，且可使用同一磁场对两种不同模式和工作状态的电子束聚焦的双模式行波管慢波结构。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

该双模式行波管慢波结构，包括耦合腔，在所述耦合腔腔体内壁中心设有电子注通道；在所述耦合腔腔体内壁中心设有凸起，所述电子束通道设在所述凸起上；所述电子束通道由所述凸起中心向所述凸起边缘依次设为凸起中心层、中间层及外层三层，凸起中心层、中间层及外层的电子注通道数量依次增加。

所述凸起为双台阶结构，凸起中心层及中间层的电子注通道设在与所述耦合腔内壁距离大的台阶上，外层的电子注通道设在与所述耦合腔内壁距离小的台阶上。

所述凸起中心层的电子注通道为1个，所述中间层的电子注通道为6个，所述外层的电子注通道为12个。

所述中间层及外层的电子注通道分别均布在一个圆周上。

所述凸起中心层、中间层及外层三层电子注通道相互间间距相等。

在所述耦合腔腔体两侧外壁上设有耦合槽。

所述耦合槽为电磁波耦合槽，相邻的耦合槽交叉排列。

多个所述耦合腔组合构成慢波结构的耦合腔链。

所述凸起中心层及中间层的电子注通道共同构成低模式行波管慢波结构耦合腔的电子注通道；所述凸起中心层、中间层及外层的电子注通道共同构成高模式行波管慢波结构耦合腔的电子注通道。

所述双模式行波管慢波结构，多个相同尺寸或不同尺寸的所述耦合腔链构成。

本发明的优点在于：该双模式行波管慢波结构，在耦合腔腔体内壁中心的凸起上设三层电子注通道，通过对不同注数的电子束控制，实现两种模式工作；三层电子注通道构成高功率工作模式，凸起中心层及中间层两层电子注通道构成低功率工作模式；在高功率工作模式下时，三层电子注通道全部通过电子束，电子束全部工作，阴极脉冲电流大，脉冲输出功率大，占空比小；在低功率工作模式下时，中心层和中间层电子束工作，外层电子束不工作，阴极脉冲电流小，脉冲输出功率小，占空比大；两种工作模式的阴极平均电流相近，平均输出功率相近。

同时，低功率模式工作的电子束处于腔体中心，电场强，耦合阻抗大，高功率模式工作的数量最多的电子束处于腔体边缘位置，电场小，耦合阻抗小；这样在行波管高功率模式工作和低功率模式工作时，增益参量C的差别小，两种模式的慢波系统兼容性强，可用同一磁场对电子束进行聚焦。

凸起为双台阶结构，外层电子注通道位于较低的台阶上，中心层及中间层电子注位于较高的台阶上；该结构使高功率模式工作的数量最多的电子束在腔体中到腔体中心距离增加，进一步减小了边缘电场，减小了高功率模式增益参量C，该结构能进一步改善高低两种模式的兼容性。

多个不同尺寸的耦合腔链组合构成该慢波系统，能进一步提高高、低模式的兼容性。

该双模式行波管慢波结构，采用多注电子束结构，可以降低行波管的工作电压，减小行波管的体积和重量，提高行波管的效率。

该双模式行波管慢波结构，不仅能在双功率模式下工作，还能在单功率模式下工作，可应用在单模式多注行波管慢波系统上。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明双模式行波管慢波结构的耦合腔的结构示意图；

图2为图1双模式行波管慢波结构的耦合腔的侧视图；

图3为双模式行波管慢波结构的结构示意图；

上述图中的标记均为：

1、耦合腔；2、耦合腔内腔；3、电子束通道；4、耦合槽；5、凸起；6：凸起第一台阶；7：凸起第二台阶。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，该双模式行波管慢波结构，包括耦合腔1，在耦合腔1腔体（即耦合腔内腔2）内壁中心设有电子注通道3；在耦合腔1腔体内壁中心设有凸起5，电子束通道3设在凸起5上；电子束通道3由凸起5中心向凸起5边缘依次设为凸起中心层、中间层及外层三层，凸起中心层、中间层及外层的电子注通道数量依次增加。

凸起5为双台阶结构，分为凸起第一台阶6及凸起第二台阶7；凸起中心层及中间层的电子注通道设在与耦合腔1内壁距离大的台阶上，即设在凸起第二台阶7上；外层的电子注通道设在与耦合腔1内壁距离小的台阶上，即外层的电子注通道设在凸起第一台阶6。

作为优选的方案，凸起中心层的电子注通道为1个，中间层的电子注通道为6个，外层的电子注通道为12个。凸起中心层1个及中间层的6个电子注通道共同构成低模式行波管慢波结构耦合腔的电子注通道；凸起中心层1个、中间层6个及外层的12个电子注通道共同构成高模式行波管慢波结构耦合腔的电子注通道。

中间层的6个电子注通道3均布在一个圆周上，外层的12个电子注通道3均布在另一圆周上。

作为优选的方案，凸起中心层、中间层及外层三层电子注通道3相互间间距相等。

在耦合腔1腔体两侧外壁上设有耦合槽4，耦合槽4为电磁波耦合槽，相邻的耦合槽4交叉排列。

多个耦合腔1组合构成慢波结构的耦合腔链。

该双模式行波管慢波结构，由多个不同尺寸的所述耦合腔链构成。

该双模式行波管慢波结构，耦合槽的电磁场通过腔体边缘耦合槽耦合，属于休斯慢波结构，耦合槽可以是一个或几个，基波为返波，行波管工作时设计在-1次空间谐波。

该双模式行波管慢波结构，在高功率模式工作时，19注电子束全部工作，阴极脉冲电流大，脉冲输出功率大，占空比小；低功率模式工作时仅中心1注和中间层6注电子束工作，外围12注电子束不工作，阴极脉冲电流小，脉冲输出功率小，占空比大。两种工作模式的阴极平均电流相近，平均输出功率相近。

该双模式行波管慢波结构，低功率模式的7注电子束处于腔体中心，电场强，耦合阻抗大，外围12注电子束处于腔体边缘位置，电场小，耦合阻抗小。在行波管高功率及低功率模式工作时，增益参量C的差别小，两种模式的慢波系统设计上兼容性强，能使用同一磁场对其进行聚焦。

该双模式行波管慢波结构，凸起5为双台阶结构，外层12注边缘电子束在腔体中的距离增加，进一步减小了边缘电场，减小了高模式工作下的增益参量C。

该双模式行波管慢波结构，为进一步提高高、低模式的兼容性，可进一步通过腔体尺寸改变，使低模式工作在耦合阻抗大的频率，高模式工作在耦合阻抗小的频率。对于休斯慢波结构，一般情况色散的边缘频率耦合阻抗大，适合于低模式工作，色散的中间频率，耦合阻抗小，适合于高模工作。

进一步的，可根据所设计的具体频率和要求，通过不同的耦合腔腔体排列组合，使得不同腔体的色散、耦合阻抗的变化，使得高低模式可以同时工作，提高高、低模式的兼容性。

进一步的，可使用双模式多注电子枪，完成高低两种模式的电流控制和转换，使慢波系统在高低两种模式工作。

该双模式行波管慢波结构，采用多注电子束，可以降低行波管的工作电压，减小行波管的体积和重量，提高行波管的效率。

该结构同时可用于单模式多注行波管慢波系统。

本发明提供的双模式慢波系统，能在原理上解决了高、低两种模式的兼容问题；不仅高低模式均可以工作在最佳状态，且彻底解决了用同一磁场对不同工作模式的电子束聚焦问题。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双模式行波管慢波结构，包括耦合腔，在所述耦合腔腔体内壁中心设有电子注通道；其特征在于：在所述耦合腔腔体内壁中心设有凸起，所述电子注通道设在所述凸起上；所述电子注通道由所述凸起中心向所述凸起边缘依次设为凸起中心层、中间层及外层三层，凸起中心层、中间层及外层的电子注通道数量依次增加；所述凸起为双台阶结构，分为凸起第一台阶及凸起第二台阶；凸起中心层及中间层的电子注通道设在与耦合腔内壁距离大的凸起第二台阶上；外层的电子注通道设在与耦合腔内壁距离小的凸起第一台阶上；所述凸起中心层、中间层及外层三层电子注通道相互间间距相等。

2.如权利要求1所述的双模式行波管慢波结构，其特征在于：所述凸起中心层的电子注通道为1个，所述中间层的电子注通道为6个，所述外层的电子注通道为12个。

3.如权利要求2所述的双模式行波管慢波结构，其特征在于：所述中间层及外层的电子注通道分别均匀分布在一个圆周上。

4.如权利要求3所述的双模式行波管慢波结构，其特征在于：在所述耦合腔腔体两侧外壁上设有耦合槽。

5.如权利要求4所述的双模式行波管慢波结构，其特征在于：所述耦合槽为电磁波耦合槽，相邻的耦合槽交叉排列。

6.如权利要求5所述的双模式行波管慢波结构，其特征在于：多个所述耦合腔组合构成慢波结构的耦合腔链。

7.如权利要求6所述的双模式行波管慢波结构，其特征在于：所述凸起中心层及中间层的电子注通道共同构成低模式行波管慢波结构耦合腔的电子注通道；所述凸起中心层、中间层及外层的电子注通道共同构成高模式行波管慢波结构耦合腔的电子注通道。

8.如权利要求7所述的双模式行波管慢波结构，其特征在于：由多个相同尺寸或不同尺寸的所述耦合腔链构成。