CN104062499A - 对小尺寸带状注速调管中间谐振腔进行冷测的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种对小尺寸带状注速调管中间谐振腔进行冷测的装置与方法。该装置中，中间谐振腔两侧开设直至谐振腔本体两侧的通孔；装置包括：调谐销钉，其窄端插入中间谐振腔的第一侧的通孔内，构成中间谐振腔的一个腔壁，其宽端与步进电机连接；测试输出法兰，固定于谐振腔本体的第二侧，其第一侧为矩形台阶，插入谐振腔本体的第二侧并沉槽至底部，该测试输出法兰的中心具有与中间谐振腔第二侧通孔横截面尺寸相同的波导孔，该波导孔的第一侧对准中间谐振腔；以及矢量网络分析仪，其测试端口连接至测试输出法兰中心波导孔的第一侧。本发明冷测装置结构简单，体积小，成本低，质量轻，同时可以测试出中间谐振腔调谐特性，有着广阔的应用前景。

Description

对小尺寸带状注速调管中间谐振腔进行冷测的装置与方法

技术领域

本发明涉及微波真空电子器件技术领域，尤其涉及一种对小尺寸带状注速调管中间谐振腔进行冷测的装置与方法。

背景技术

在速调管中，谐振腔特性关系到速调管的输出功率和工作带宽等工作特性，冷测技术能够反映谐振腔特性，是验证设计的重要手段。速调管的输入谐振腔和输出谐振腔可以采用端口法或者探针法测试其谐振特性，速调管的中间谐振腔与外部无耦合，通常采用探针法测试。

速调管的高频率和紧凑型是目前的发展趋势，高频率的速调管谐振腔和电子注通道尺寸变得越来越小。W波段速调管的电子注通道直径或者矩形通道的高度通常小于1mm，如美国加利福尼亚大学戴维斯分校研制的W波段带状注速调管的电子注通道高度仅为0.72mm。

在现有的谐振腔特性测试技术中，端口法测试是基于矢量网络分析仪的一种测试方法，这种方法能直观的反映出谐振腔的谐振频率和外品质因子，操作简单。探针法测试是将探针插入速调管的电子注通道，由扫频信号源产生的扫频信号通过源探针在谐振腔间隙上激励起高频场，再通过接收探针，经检波器将谐振腔间隙电场的幅度随频率变化显示在示波器上。探针法测试需要满足条件的探针和设备，但是直径小于1mm的探针在国内还无法获取。

输入谐振腔和输出谐振腔的测试都能够采用单端口法进行测试，通过测试该端口的群时延曲线就能反映出该谐振腔的特性，若中间谐振腔也采用该方法进行测试，将降低成本，并简化测试装置。

然而，在实现本发明的过程中，申请人发现由于带状注速调管中间谐振腔没有测试端口，导致无法采用端口法对其进行冷测，以得到频率特性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种对小尺寸带状注速调管中间谐振腔进行冷测的装置与方法。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种对带状注速调管中间谐振腔进行冷测的装置。带状注速调管中间谐振腔包括：谐振腔本体60，在其内部形成有前后开口的中间谐振腔10。中间谐振腔10两侧开设直至谐振腔本体60两侧的通孔，其中，第一侧通孔的截面尺寸等于中间谐振腔相邻部位的截面尺寸，第二侧通孔在中间谐振腔的第二侧形成台阶。装置包括：调谐销钉30，其窄端插入中间谐振腔10的第一侧的通孔内，构成中间谐振腔10的一个腔壁，其宽端与步进电机连接，步进电机带动该调谐销钉30左右移动，中间谐振腔10的体积随插入深度而改变；测试输出法兰20，固定于谐振腔本体60的第二侧，其第一侧为矩形台阶，插入谐振腔本体60的第二侧并沉槽至底部，该测试输出法兰20的中心具有与中间谐振腔10第二侧通孔横截面尺寸相同的波导孔21，该波导孔21的第一侧对准中间谐振腔10；矢量网络分析仪，其测试端口连接至测试输出法兰20中心波导孔的第一侧，通过波导孔21对中间谐振腔10进行测试。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种利用上述装置对带状注速调管中间谐振腔进行冷测的方法。该方法包括：步骤A，连接矢量网络分析仪与测试输出法兰20，设置矢量网络分析仪显示群时延曲线，由该群时延曲线读取谐振频率；步骤B，步进电机带动调谐销钉向内侧或者向外侧移动，读取并记录矢量网络分析仪的数据。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明对小尺寸带状注速调管中间谐振腔进行冷测的装置与方法具有以下有益效果：

(1)避免了小尺寸探针的使用，实现了小尺寸带状注速调管中间谐振腔的冷测，降低了实验成本；

直径小于1mm的探针价格昂贵，且在国内没有渠道获得；使用该小尺寸带状注速调管中间谐振腔冷测装置能够实现中间谐振腔的测试，又避免了小尺寸探针的使用，降低了测试难度和测试成本。

(2)测试的同时可以获得腔体的调谐特性。

小尺寸速调管谐振腔的调谐技术是速调管研制的关键技术之一；在冷测的同时，通过记录调谐销钉位置和测试曲线的关系，可以同时获得该谐振腔的调谐特性，而探针法测试不易获得调谐特性。

(3)结构简单，操作方便。

探针法测试需要两个探针和两套探针移动装置，结构较为复杂；该小尺寸带状注速调管中间谐振腔冷测装置只需要一套步进电机即可，结构更加简单，操作方便。

附图说明

图1A为根据本发明实施例对小尺寸带状注速调管中间谐振腔进行冷测的装置的结构示意图；

图1B为图1A所示装置的剖视图；

图2为图1A所示装置中装夹模具组件的结构示意图；

图3为测试完成后并实现密封的小尺寸带状注速调管中间谐振腔的结构示意图。

【本发明主要元件符号说明】

10-中间谐振腔；

20-测试输出法兰； 21-矩形波导孔；

30-调谐销钉；

40-装夹模具组件；

41-U型夹板； 42-第一拉杆；

43-第二拉杆；

50-密封销钉；

60-谐振腔本体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。

本发明采用在谐振腔的一侧开口，通过矩形波导孔连接至矢量网络分析仪，单端口测试谐振腔的群时延曲线，进而判断谐振腔的谐振频率；步进电机带动调谐销钉移动，改变谐振腔的谐振频率，并最终确定调谐销钉的位置；之后使用密封销钉将矩形波导孔密封，进而完成中间谐振腔的冷测实验。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种对小尺寸带状注速调管中间谐振腔进行冷测的装置。图1A为根据本发明实施例对小尺寸带状注速调管中间谐振腔进行冷测的装置的结构示意图；图1B为图1A所示装置的剖视图。

请参照图1A和图1B，本实施例中小尺寸带状注速调管中间谐振腔包括：谐振腔本体60，在其内部形成有中间谐振腔10，该中间谐振腔的前后开口。

本实施例中，谐振腔本体60由两块镜像对称的刻槽无氧铜板焊接而成。谐振腔本体60内的中间谐振腔10为中间细，两头粗的哑铃型空腔。

中间谐振腔10两侧开设直至谐振腔本体60左右两侧的通孔，其中，左侧通孔的截面尺寸等于中间谐振腔10相邻部位的截面尺寸，右侧通孔的高度大于中间谐振腔10相邻部位的高度，宽度小于中间谐振腔10相邻部位的宽度，从而在中间谐振腔的右侧形成台阶。此时，中间谐振腔10为前、后、左、右开放，上、下封闭的空腔。

本实施例中，该冷测装置包括：调谐销钉30，其窄端插入中间谐振腔10的左侧通孔内，构成中间谐振腔的一个腔壁，其宽端与步进电机连接，前后可移动；测试输出法兰20，通过装夹模具组件固定于谐振腔本体60的右侧，其左侧为矩形台阶，插入谐振腔本体60的第二侧并沉槽至底部，其右侧为FUGP型标准法兰盘，位于谐振腔本体60的外部，其中，该测试输出法兰20的中心具有与中间谐振腔10横截面尺寸相同的矩形波导孔21，该矩形波导孔21的左侧对准中间谐振腔10；矢量网络分析仪，其测试端口连接至测试输出法兰20中心矩形波导孔的右侧；装夹模具组件40，用于将测试输出法兰20固定于谐振腔本体60的右侧。

在冷测过程中，步进电机带动调谐销钉30左右移动，中间谐振腔体积大小随插入深度而改变，矢量网络分析仪通过矩形波导孔21对中间谐振腔10进行测试。

中间谐振腔内的能量是一般是通过耦合口向外传输的，耦合口存在于中间谐振腔和矩形波导之间，其尺寸误差直接影响测试结果的准确性。本实施例中，谐振腔本体60右侧的矩形波导孔尺寸为2.54mm×1.27mm，该矩形波导孔直接对接至中间谐振腔的一侧，省去了专用耦合口，避免了因专用耦合口加工尺寸偏差带来的测试误差。

以下分别对本实施例小尺寸带状注速调管中间谐振腔的冷测装置的各个部件进行详细说明。

调谐销钉30的窄端插入中间谐振腔10的左侧方孔并构成中间谐振腔10的一个腔壁，另一端略大以限制其插入深度，避免插入过深损伤中间谐振腔内部结构。

测试输出法兰20，其第一端为矩形台阶，插入谐振腔本体60右侧沉槽至底部，并通过装夹模具组件40紧固，法兰端与矢量网络分析仪的同型号法兰盘连接，两法兰通过定位销钉对中，并用四个螺钉紧固。

矩形波导孔21，位于测试输出法兰20中心的矩形通孔，与谐振腔本体60的右侧开孔具有相同的尺寸。图1B为图1A所示小尺寸带状注速调管中间谐振腔冷测装置的剖视图。请参照图1B，测试输出法兰20中的矩形波导孔21和谐振腔本体60右侧方孔的截面均为2.54mm×1.27mm。

装夹模具组件40包括：左夹板组合和右夹板组合，每一夹板组合均由2个U型夹板41相对设置并通过上下2第二拉杆43固定连接，其中部形成一方孔；2个第一拉杆42，所述左夹板组合和右夹板组合分别位于所述谐振腔本体60的左右两侧，通过该2个第一拉杆夹紧该谐振腔本体60；其中，位于测试输出法兰20一侧的夹板组合的方孔夹紧测试输出法兰20，所述调谐销钉从另一侧夹板组合的方孔穿出。

测试输出法兰20和谐振腔本体60的装夹连接过程中，要采用对中销钉，确保两个矩形波导孔对齐。鉴于测试的中间谐振腔10工作特性对结构尺寸较敏感，调谐销钉30的移动精度要尽量高，本实施例中要求步进不能大于0.05mm。若中间谐振腔的特性对插入深度更加敏感，则应具有更小的调节步进。考虑到调谐销钉30向外拉出的过程中可能出现粘结松动，应采取将调谐销钉30向内推进的方式进行测试，或者采用其它更加紧固的连接方式。

本实施例中，测试输出法兰20的材料为无氧铜。调谐销钉30构成中间谐振腔10的一个腔壁，要求具有良好的导电性能和导热性能，材料也为无氧铜。装夹模具组件40的材料均为不锈钢。

基于上述冷测装置，以下给出利用上述冷测装置对小尺寸带状注速调管中间谐振腔进行冷测的方法。该方法包括：

步骤A，连接矢量网络分析仪与测试输出法兰20，设置矢量网络分析仪显示群时延曲线，直接读取各个模式的谐振频率；

测试时，将矢量网络分析仪与测试输出法兰20的法兰端连接。中间谐振腔10中的谐振模式通过右侧矩形波导孔21与外界进行电磁耦合。设置矢量网络分析仪上显示群时延曲线，一个波峰对应一个谐振模式，横坐标即为谐振模式的频率；

步骤B，步进电机带动左侧的调谐销钉向内侧或者向外侧移动，读取并记录矢量网络分析仪显示的各个模式的谐振频率；

需要说明的是，中间谐振腔10的谐振频率在测试前后不一致，所以应预知测试前后的频率差异，对于本实施例，用密封销钉50密封后的中间谐振腔10谐振频率降低110MHz。考虑到闭合后的中间谐振腔频率偏移，应通过调谐销钉30将测试的谐振频率调高110MHz。测试完成后，准确记录调谐销钉30的插入位置，并拆除测试输出法兰20和装夹模具组件40。

步骤C，在腔体频率测试结果达到预设频率值时，拆下矢量网络分析仪、测试输出法兰20和装夹模具组件40；

步骤D，在中间谐振腔10第二侧通孔内插入密封销钉50至并抵至根部，该密封销钉(50)与矩形波导孔(21)具有相同的截面尺寸；

步骤E，采用钎焊的方式将调谐销钉30和密封销钉50密封固定于谐振腔本体60的左右两侧通孔内，该调谐销钉30和密封销钉50的内侧构成中间谐振腔10的左右腔壁。

请参照图3，测试完成后，密封销钉50将谐振腔本体60右侧的矩形波导孔密封，形成前、后开放，上、下、左、右密闭的中间谐振腔。此处需要说明的是，密封销钉的材料同样为无氧铜。

至此，已经结合附图对本发明进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明小尺寸带状注速调管中间谐振腔冷测装置有了清楚的认识。

此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换，例如：

(1)在保证矩形波导孔对齐的前提下，谐振腔本体60和测试输出法兰20的对接可以采用如平面对接等其它连接形式。

(2)中间谐振腔10还可以为其它非哑铃型空腔结构，也可以采用该方法进行测试。

综上所述，本发明提供了一种基于波导耦合的对小尺寸带状注速调管中间谐振腔进行冷测的装置与方法。该冷测装置结构简单，体积小，成本低，质量轻，同时可以测试出中间谐振腔调谐特性，在小尺寸中间谐振腔的带状注速调管领域有着广阔的应用前景。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种对带状注速调管中间谐振腔进行冷测的装置，其特征在于：

所述带状注速调管中间谐振腔包括：谐振腔本体(60)，在其内部形成有前后开口的中间谐振腔(10)；

所述中间谐振腔(10)两侧开设直至所述谐振腔本体(60)两侧的通孔，其中，第一侧通孔的截面尺寸等于中间谐振腔相邻部位的截面尺寸，第二侧通孔在中间谐振腔的第二侧形成台阶；

所述装置包括：

调谐销钉(30)，其窄端插入所述中间谐振腔(10)的第一侧的通孔内，构成所述中间谐振腔(10)的一个腔壁，其宽端与步进电机连接，所述步进电机带动该调谐销钉(30)左右移动，所述中间谐振腔(10)的体积随插入深度而改变；

测试输出法兰(20)，固定于所述谐振腔本体(60)的第二侧，其第一侧为矩形台阶，插入所述谐振腔本体(60)的第二侧并沉槽至底部，该测试输出法兰(20)的中心具有与所述中间谐振腔(10)第二侧通孔横截面尺寸相同的波导孔(21)，该波导孔(21)的第一侧对准所述中间谐振腔(10)；以及

矢量网络分析仪，其测试端口连接至所述测试输出法兰(20)中心波导孔的第一侧，通过所述波导孔(21)对所述中间谐振腔(10)进行测试。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中间谐振腔(10)第二侧通孔的高度大于所述中间谐振腔(10)相邻部位的高度，宽度小于所述中间谐振腔(10)相邻部位的宽度，从而在该侧形成台阶。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：装夹模具组件(40)；

所述测试输出法兰(20)通过该装夹模具组件(40)固定于所述谐振腔本体(60)的第二侧。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装夹模具组件(40)包括：

左夹板组合和右夹板组合，每一夹板组合均由2个U型夹板相对设置并通过上下2第二拉杆固定连接，其中部形成一方孔；

2个第一拉杆，所述左夹板组合和右夹板组合分别位于所述谐振腔本体(60)的左右两侧，通过该2个第一拉杆夹紧该谐振腔本体(60)；

其中，位于测试输出法兰(20)一侧的夹板组合的方孔夹紧测试输出法兰(20)，所述调谐销钉从另一侧夹板组合的方孔穿出。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述中间谐振腔(10)为中间细、两头粗的哑铃型谐振腔。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述测试输出法兰(20)的第二端为法兰盘，该法兰盘与所述矢量网络分析仪的同型号法兰盘连接并对中。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述测试输出法兰(20)中心的波导孔(21)为矩形波导孔。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述调谐销钉(30)和测试输出法兰(20)的材料均为无氧铜。

9.一种利用权利要求1至8中任一项所述装置对带状注速调管中间谐振腔进行冷测的方法，其特征在于，包括：

步骤A，连接所述矢量网络分析仪与测试输出法兰(20)，设置矢量网络分析仪显示群时延曲线，由该群时延曲线读取谐振频率；

步骤B，所述步进电机带动调谐销钉向内侧或者向外侧移动，读取并记录矢量网络分析仪的数据。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在由矢量网络分析仪读取谐振频率达到预设频率值后，还包括：

步骤C，拆下矢量网络分析仪和测试输出法兰(20)；

步骤D，在所述中间谐振腔(10)第二侧通孔内插入密封销钉(50)至并抵至根部，该密封销钉(50)与矩形波导孔(21)具有相同的截面尺寸；

步骤E，采用钎焊的方式将所述调谐销钉(30)和密封销钉(50)密封固定于所述谐振腔本体(60)的左右两侧通孔内，该调谐销钉(30)和密封销钉(50)的内侧构成中间谐振腔(10)的左右腔壁。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述密封销钉(50)的材料为无氧铜。