CN103325646A - 具有周期性多导体结构的锁相稳频回旋管 - Google Patents
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Abstract
具有周期性多导体结构的锁相稳频回旋管，属于高功率微波、毫米波源技术领域。本发明包括带有电子束通道和注入波导孔的谐振器、输出渐变波导、输出均匀波导，其特征在于，在谐振器的谐振腔中，围绕电子束通道）沿角向均匀设置有至少3个导体结构，注入波导孔位于其中两个相邻的导体结构之间。本发明的有益效果是，通过多导体结构可以有效的将注入信号转化为回旋管的工作模式，使得电子束强制按照注入信号进行调制作用，使电子束在谐振腔中只能产生注入信号的调制产生输出，使输出信号实现锁相稳频。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有周期性多导体结构的锁相稳频回旋管，属于高功率微波、毫米波源技术领域。
背景技术
20世纪50年代末期，澳大利亚天文学家Twiss通过对电离层吸收电磁波现象的观察，提出了电子回旋谐振受激辐射的新概念。大约与此同时，美国科学家Schneider和前苏联科学家Gaponov也各自独立提出了考虑相对论效应时磁场中运动的螺旋电子注与电磁波互作用的新概念。在20世纪60年代中期，美国科学家Hirshfield通过实验完全证实了电子回旋脉塞的机理。在此基础上，前苏联科学家经过长期研究，成功研制了以电子回旋脉塞为机理的微波器件—回旋管。回旋管产生的微波具有高频率和高功率的特点，其输出功率从成百千瓦量级至兆瓦量级，工作频率覆盖了从厘米波至毫米波甚至更高波段。
传统回旋管是自激振荡器，工作频率由谐振腔中的工作模式频率、工作电压以及工作磁场决定，当回旋管工作电压和/或工作磁场出现波动时，导致输出频率漂移；并且当回旋管长时间工作时，由于管体温度上升，将导致谐振腔内径发生变化，使得工作模式频率发射漂移，导致输出频率漂移。这导致回旋管在需要输出频率稳定的应用方面受到极大的限制。
常用的微波管振荡器锁相通常有反馈锁相和注入锁相两种方法，反馈锁相是根据输出频率的变化改变工作电压、工作磁场使频率稳定，而注入锁相是通过注入信号进入振荡器内部对电子束进行调制，进而使输出频率与输入信号频率一致。由于传统回旋管在工作中会出现管体温度上升，导致谐振腔内径发生变化，使得工作模式频率发射漂移，导致输出频率漂移的锁频，采用电压、电流控制不能有效稳定频率，因而通常不采用反馈锁相方法，而采用注入锁相的方法。但回旋管为了获取大功率输出，常工作在高阶模式，采用传统回旋管结构难以将注入信号转化为所需的工作模式，因而无法实现锁相稳频工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有周期性多导体结构的锁相稳频回旋管，该周期性多导体结构可将注入的信号源信号有效转化为回旋管的工作模式，使得电子束在周期性多导体结构中按注入的信号进行调制，实现对输出信号的锁相，进而使输出信号与注入信号的频率一致。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，具有周期性多导体结构的锁相稳频回旋管，包括带有电子束通道和注入波导孔的谐振器、输出渐变波导、输出均匀波导，其特征在于，在谐振器的谐振腔中，围绕电子束通道沿角向均匀设置有至少3个导体结构，注入波导孔位于其中两个相邻的导体结构之间。
进一步的，每一导体结构为沿轴向设置的单个导体。或者，每一导体结构（6）为沿径向分离设置的至少两个导体。
本发明的有益效果是，通过多导体结构可以有效的将注入信号转化为回旋管的工作模式，使得电子束强制按照注入信号进行调制作用，使电子束在谐振腔中只能产生注入信号的调制产生输出，使输出信号实现锁相稳频。
附图说明
图1为传统回旋管谐振腔示意图。
图2为传统回旋管谐振腔的轴向剖视图。
图3为一维角向多导体结构示意图。
图4为二维角向和径向多导体结构示意图。
图5为一维周期性多导体结构回旋管谐振腔示意图。
图6为二维周期性多导体结构回旋管谐振腔示意图。
图中，1电子束通道，2注入波导孔，3谐振腔外壁，4输出渐变波导，5输出均匀波导，6金属导体，7一维多导体结构，8二维多导体结构
具体实施方式
本发明提供一种具有周期性多导体结构的锁相稳频回旋管，包括带有电子束通道1和注入波导孔2的谐振器、输出渐变波导4、输出均匀波导5，在谐振器的谐振腔中，围绕电子束通道1沿角向均匀设置有至少3个导体结构6，注入波导孔2位于其中两个相邻的导体结构之间。
每一导体结构6为沿轴向设置的单个导体。
或者，每一导体结构6为沿径向分离设置的至少两个导体。
或者，每一导体结构6由沿径向分离等距设置的至少3个导体构成。所述“等距”是指到谐振腔中轴线的距离，以4个导体构成的导体结构为例，从横截面看，最内侧的第一个导体到谐振腔中心的距离（半径）为a，向外相邻的第二个导体到谐振腔中心的距离为b，再向外的第三个导体到中心的距离为c，再向外的第四个导体到中心的距离为d，则b-a=c-b=d-c。
下文所述“一维”是指导体结构的分布仅为沿角向，在轴向上为单一的整体；所述“二维”是指导体结构的分布不但沿角向为多个（至少3个），在轴向上为亦为由至少两个导体构成。
实施例1：
如图5所示，一种用于回旋管锁相稳频的谐振腔。谐振腔中金属导体6沿角向周期性排列，构成一维角向多导体结构7，一维角向多导体结构7的内部为中空结构构成回旋管的电子束通道1，一维角向多导体结构7的外部谐振腔外壁3，谐振腔外壁3上有一注入波导孔2，注入波导孔2为矩形波导孔，注入波导孔2的位置位于金属导体6的间隙中。
通过注入波导孔7将锁相信号注入一维角向多导体结构7中，由于一维角向多导体结构7中金属导体6呈一维角向周期性排列，因而输入信号将转化为一维角向多导体结构7的本征模式。如金属导体6在角向有6个周期，将激励起TE61模式；金属导体6在角向有7个周期，将激励起TE71模式；金属导体6在角向有8个周期，将激励起TE81模式；依此类推。电子束在电子束通道中与激励起的一维角向多导体结构7的本征模式互作用，可实现输出信号的锁相，进而使输出信号与注入信号的频率一致。
实施例2：
如图6所示，一种用于回旋管锁相稳频的谐振腔。谐振腔中金属导体6沿角向和径向周期性排列，构成二维角向和径向多导体结构8，二维角向和径向多导体结构8的内部为中空结构构成回旋管的电子束通道1，二维角向和径向多导体结构8的外部谐振腔外壁3，谐振腔外壁3上有一注入波导孔2，注入波导孔2为矩形波导孔，注入波导孔2的位置位于金属导体6的间隙中。
通过注入波导孔7将锁相信号注入二维角向和径向多导体结构8中，由于二维角向和径向多导体结构8中金属导体6呈二维角向和径向周期性排列，因而输入信号将转化为二维角向和径向多导体结构8的本征模式。如金属导体6在角向有6个周期，在径向有4个周期，将激励起TE64模式；金属导体6在角向有6个周期，在径向有5个周期，将激励起TE65模式；金属导体6在角向有6个周期，在径向有6个周期，将激励起TE66模式；金属导体6在角向有7个周期，在径向有4个周期，将激励起TE74模式；金属导体6在角向有7个周期，在径向有5个周期，将激励起TE75模式；金属导体6在角向有7个周期，在径向有6个周期，将激励起TE76模式；金属导体6在角向有8个周期，在径向有4个周期，将激励起TE84模式；金属导体6在角向有8个周期，在径向有5个周期，将激励起TE85模式；金属导体6在角向有8个周期，在径向有6个周期，将激励起TE86模式；依此类推。电子束在电子束通道中与激励起的二维角向和径向多导体结构8的本征模式互作用，可实现输出信号的锁相，进而使输出信号与注入信号的频率一致。
通过对上述实施例结构的优化设计，可以使注入信号转化为任意所需的工作模式，实现注入信号在回旋管中激励起工作所需模式。
说明书已经充分说明本发明的原理及必要技术内容，普通技术人员能够依据说明书予以实施，故不再赘述更详细的细节。
Claims (7)
1.具有周期性多导体结构的锁相稳频回旋管，包括带有电子束通道（1）和注入波导孔（2）的谐振器、输出渐变波导（4）、输出均匀波导（5），其特征在于，在谐振器的谐振腔中，围绕电子束通道（1）沿角向均匀设置有至少3个导体结构（6），注入波导孔（2）位于其中两个相邻的导体结构之间。
2.如权利要求1所述的具有周期性多导体结构的锁相稳频回旋管，其特征在于，每一导体结构（6）为沿轴向设置的单个导体。
3.如权利要求1所述的具有周期性多导体结构的锁相稳频回旋管，其特征在于，每一导体结构（6）为沿径向分离设置的至少两个导体。
4.如权利要求1所述的具有周期性多导体结构的锁相稳频回旋管，其特征在于，每一导体结构（6）为沿径向分离设置的至少3个导体，每一导体结构的多个导体为等距设置。
5.如权利要求1所述的具有周期性多导体结构的锁相稳频回旋管，其特征在于，在谐振器的谐振腔中沿角向围绕电子束通道（1）均匀设置有6个导体结构（6）。
6.如权利要求1所述的具有周期性多导体结构的锁相稳频回旋管，其特征在于，每一导体结构（6）为沿径向分离设置的4个导体。
7.如权利要求1所述的具有周期性多导体结构的锁相稳频回旋管，其特征在于，每一导体结构（6）的材质为金属导体。
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