CN104952676A - 一种内置内导体的相对论速调管放大器输出腔 - Google Patents

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许州
雷禄容
黄华
刘振帮
何琥
袁欢
黄吉金
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/36—Coupling devices having distributed capacitance and inductance, structurally associated with the tube, for introducing or removing wave energy
    • H01J23/38—Coupling devices having distributed capacitance and inductance, structurally associated with the tube, for introducing or removing wave energy to or from the discharge

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Abstract

本发明提供了一种内置内导体的相对论速调管放大器输出腔的技术方案，该方案包括有漂移管、输出腔、输出腔端盖、输出同轴线外导体、收集极、内导体、内支撑杆和外支撑杆；漂移管与输出腔端盖连接；输出腔的外壁上设置有输出同轴线外导体；所述收集极通过外支撑杆固定在输出同轴线外导体内；收集极上设置有外鼻锥；收集极内部靠近外鼻锥的一端设置有内导体；内导体通过内支撑杆与收集极上的外鼻锥连接。该方案通过改进相对论速调管放大器输出腔结构，能够降低电子到达输出腔间隙时所需要的最低能量，提高相对论速调管放大器的输出微波功率和束波转换效率。

Description

一种内置内导体的相对论速调管放大器输出腔
技术领域
本发明涉及的是微波电子学领域，尤其是一种内置内导体的相对论速调管放大器输出腔。
背景技术
在现有技术中，相对论速调管放大器（RKA）是最具潜力的高功率微波产生器件之一，它通过电子束与高频场的相互作用将电子束的直流能量转换为微波能量。在RKA中，电子束的群聚和微波提取过程在不同区域完成，每种功能可以独立调试到最佳，因此RKA具有高功率、高效率、输出微波相位和幅度稳定等优点，在新型加速器、高功率雷达、新型通信系统等领域都有广泛的应用。其中，提高相对论速调管放大器的输出微波功率和束波转换效率是研究的重点之一。
为了向更高的功率方向发展，必须提高电子束的束压和束流。但大的电子束束流会产生较大的空间电荷力，使电子的动能降低，从而降低了相对论速调管的转换效率。在传统的相对论速调管放大器中，常采用圆柱漂移管的单重入输出腔，根据束流传输过程和束流群聚过程的理论分析：当漂移管的半径相等和电子束的半径也相等时，电子束穿过圆柱漂移管所需要的最低能量大于其穿过同轴漂移管所需要的最低能量，导致电子束到达圆柱漂移输出腔时的动能比采用同轴漂移管的输出腔的动能更低，影响了束波转换效率。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种内置内导体的相对论速调管放大器输出腔的技术方案，该方案通过改进相对论速调管放大器输出腔结构，能够降低电子到达输出腔间隙时所需要的最低能量，提高相对论速调管放大器的输出微波功率和束波转换效率。
本方案是通过如下技术措施来实现的：
一种内置内导体的相对论速调管放大器输出腔，包括有漂移管、输出腔、输出腔端盖、输出同轴线外导体、收集极、内导体、内支撑杆和外支撑杆；漂移管与输出腔端盖连接；输出腔的外壁上设置有输出同轴线外导体；收集极通过外支撑杆固定在收集极内部；收集极上设置有外鼻锥；收集极内部靠近外鼻锥的一端设置有内导体；内导体通过内支撑杆与收集极上的外鼻锥连接。
作为本方案的优选：内导体包括有基座部、连接部和头部；基座部与内支撑杆连接；头部靠近连接部的一端为圆柱形，远离连接部的一端形状为平顶锥形。
作为本方案的优选：基座部上设置有内鼻锥。
作为本方案的优选：基座部、连接部和头部的中心轴线与收集极的中心轴线重合。
作为本方案的优选：内支撑杆的数量为12个。
作为本方案的优选：外支撑杆的数量为4个。
作为本方案的优选：内支撑杆设置在束波互作用区之后大于1/4波长的位置。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中在收集极的内部设置有内导体，提高了电子束穿过漂移管时的空间电荷限制流、降低了电子束穿过输出腔间隙时所需要的最低能量，导致电子的动能比圆柱输出腔中的更高，有利于提高输出微波功率和束波转换效率；内支撑杆设置在束波互作用区之后大于1/4波长的位置，并设置一定数量的内支撑杆，既能把内导体固定在外鼻锥之内，又能截止同轴漂移管内的场不泄漏，有利于电子束的收集和提高管子稳定运行的能力。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中A-A剖视结构图。
图3为图1中B-B剖视结构图。
图中，1为内导体，2为漂移管，3为输出腔端盖，4为内鼻锥，5为外鼻锥，6为内支撑杆，7为输出腔外筒，8为外支撑杆，9为电子束，10为收集极，11为输出同轴线外导体，12为负载。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明的相对论速调管放大器输出腔的工作过程是，调制的电子束在轴向磁场的引导下，通过输出腔时，在输出腔中激励起工作模式的电磁场，电子束与场相互作用，电子束的能量转换为场的能量，产生高功率微波。在PIC模拟中，在工作频率为2.88GHz时，基波调制电流深度为100%的情况下，通过模拟得到输出腔的束波转换效率为45%。同样条件下，传统的圆柱漂移管输出腔束波转换效率约为35%。可见，采用内置内导体的输出腔可以提高RKA输出微波的功率和束波转换效率。
在收集极的内部设置有内导体，提高了电子束穿过漂移管时的空间电荷限制流、降低了电子束穿过输出腔间隙时所需要的最低能量，导致电子的动能比圆柱输出腔中的更高，有利于提高输出微波功率和束波转换效率。
由于把内支撑杆的位置设置在束波互作用区之前，腔中的微波场就会泄漏到收集极区从而影响电子的收集。因此，为了截止同轴漂移管内的场泄漏到收集极处，内支撑杆的轴向位置需设置在束波互作用区之后，当内支撑杆的数目不合适时，腔中的微波场也会泄漏到收集极从而影响电子的收集、冷腔频率的调试。在束波互作用区之后的某个位置放置一定数时的内支撑杆，既能把内导体固定在外鼻锥之内，又能截止同轴漂移管内的场不泄漏，有利于电子束的收集和提高管子稳定运行的能力。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1. 一种内置内导体的相对论速调管放大器输出腔，其特征是：包括有漂移管、输出腔、输出腔端盖、输出同轴线外导体、收集极、内导体、内支撑杆和外支撑杆；所述漂移管与输出腔端盖连接；所述输出腔的外壁上设置有输出同轴线外导体；所述收集极通过外支撑杆固定在输出同轴线外导体内；所述收集极上设置有外鼻锥；所述收集极内部靠近外鼻锥的一端设置有内导体；所述内导体通过内支撑杆与收集极上的外鼻锥连接。
2. 根据权利要求1所述的一种内置内导体的相对论速调管放大器输出腔，其特征是：所述内导体包括有基座部、连接部和头部；所述基座部与内支撑杆连接；所述头部靠近连接部的一端为圆柱形，远离连接部的一端形状为平顶锥形。
3. 根据权利要求2所述的一种内置内导体的相对论速调管放大器输出腔，其特征是：所述基座部上设置有内鼻锥。
4. 根据权利要求2所述的一种内置内导体的相对论速调管放大器输出腔，其特征是：所述基座部、连接部和头部的中心轴线与收集极的中心轴线重合。
5. 根据权利要求1所述的一种内置内导体的相对论速调管放大器输出腔，其特征是：所述内支撑杆的数量为12个。
6. 根据权利要求1所述的一种内置内导体的相对论速调管放大器输出腔，其特征是：所述外支撑杆的数量为4个。
7. 根据权利要求1所述的一种内置内导体的相对论速调管放大器输出腔，其特征是：所述内支撑杆设置在束波互作用区之后大于1/4波长的位置。
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