CN106653524B - 一种用于行波管大功率输出的慢波结构 - Google Patents

一种用于行波管大功率输出的慢波结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于行波管大功率输出的慢波结构,属于微波电真空领域。该慢波结构包括圆筒形金属外壳、设置于外壳内的若干同心开口金属圆环、以及固定金属圆环的金属支撑结构。该慢波结构的支撑结构采用金属材料，可一定程度上起到散热的功能。在工作频率范围内，此慢波结构的耦合阻抗曲线相比螺旋线慢波结构大得多，能较好地、有效地相互作用交换能量。并且在一定程度上解决了一般慢波结构耦合阻抗太小的问题。本发明的慢波结构容易加工，很好的改善了带宽较宽的行波管大功率输出的问题，这使得行波管的应用范围扩大。

Description

一种用于行波管大功率输出的慢波结构
技术领域
本发明属于微波电真空领域，具体涉及一种用于行波管大功率输出的慢波结构。
背景技术
行波管是微波技术领域的一种非常重要的真空电子管。由于行波管具有高功率、宽频带、动态范围大、低噪声、高增益等优良特性，被广泛地应用于雷达、通信、电视、广播、遥测、电子对抗等各种电子设备中。
目前，为了适应不同应用的要求，行波管已经发展成一个大家族，以慢波结构划分，现在研制比较多的行波管有二种：螺旋线行波管——该类管子行波管带宽最宽，因受返波振荡限制，螺旋线电压不能过高，因此脉冲功率较低；因散热的限制，平均功率较低。耦合腔行波管——该类管子慢波结构是全金属结构，散热好，工作电压高，输出功率因此较大，但是带宽较窄。
在整个行波管结构中，慢波结构有着很重要的地位。因为它是实现注-波互作用的场所，即电磁场对电子注实现调制，调制电子注交出直流能量放大高频场的机构。为了达到良好的注-波互作用的效果，必须使得电子注的轴向行进速度要基本相同，以便电子注与高频场能持续有效地相互作用交换能量，所以在其工作频率范围内，耦合阻抗曲线不能过低。
传统的螺旋线行波管夹持杆材料一般是氧化铍，夹持杆截面形状一般有扇形、”T”字形和矩形等，如图1所示的正是夹持杆截面为扇形的螺旋线慢波结构。由于螺旋线行波管的慢波结构尺寸较小，结构较复杂，所以很难加工，这阻碍了螺旋线行波管在军工、航天领域的发展。
设计一种散热好、工作电压高、容易加工、带宽较宽的慢波结构，是解决行波管大功率输出的关键步骤。
发明内容
本发明在螺旋线慢波结构的基础上，提出一种用于行波管大功率输出的慢波结构，该慢波结构具有良好的高频特性，可有效提高行波管的输出功率。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于行波管大功率输出的慢波结构，包括圆筒形金属外壳、设置于外壳内的若干同心金属圆环、以及固定金属圆环的支撑结构。其特征在于：所述金属圆环为开口圆环，其开口位于支撑结构的对侧；
所述相邻两个金属圆环的支撑结构设置于对称的两侧，即经过平移和绕中心旋转180度彼此得到；
所述支撑结构为金属材料；
所述支撑结构截面为扇形、“T”字形、或者矩形；
所述金属圆环开口处截面为扇形、“T”字形、或者矩形。
本发明的有益效果：本发明提出的一种用于行波管大功率输出的慢波结构的支撑结构采用金属材料，可一定程度上起到散热的功能。在工作频率范围内，此慢波结构的耦合阻抗曲线相比螺旋线慢波结构大得多，说明其能较好地、有效地相互作用交换能量。并且在一定程度上解决了一般慢波结构耦合阻抗太小的问题。本发明的慢波结构容易加工，很好的改善了带宽较宽的行波管大功率输出的问题，这使得行波管的应用范围扩大。
附图说明
图1是螺旋线慢波结构示意图。
图2是本发明实施例的结构示意图。
图3(a)是在工作频率32GHz～36GHZ内，实施例和螺旋线慢波结构色散随频率变化而变化的曲线；图3(b)在工作频率32GHz～36GHZ内，实施例和螺旋线慢波结构耦合阻抗随频率变化而变化的曲线。
附图标号说明：1.金属外壳；2.金属圆环；3.支撑结构。
具体实施方式
本实施例为一种用于行波管大功率输出的慢波结构在Ka波段的设计应用。
本实施例所述的慢波结构包括圆筒形金属外壳、设置于外壳内的若干同心开口金属圆环、以及固定金属圆环的支撑结构，相邻两个金属圆环的支撑结构设置于对称的两侧。
支撑结构的材料为金属铜，其截面为扇形，厚度为0.25mm，角度为18°。金属外壳内径为0.80mm，厚度为0.20mm。同心金属圆环材料为金属铜，其内径为0.30mm，厚度为0.25mm，两个同心金属圆环之间的距离为0.30mm，金属圆环与外壳内壁之间的距离为0.15mm，金属圆环开口截面为扇形，开口角度为18°。
利用三维电磁仿真软件CST对本发明实施例(如图2所示)和同尺寸的螺旋线慢波结构(如图1所示)进行仿真，获得高频特性参数曲线并对比，如图3所示。从图3可以看出：在频率32GHz～36GHz范围内，实施例的色散比螺旋线慢波结构的色散大，说明了实施例工作所需的工作电压比螺旋线慢波结构大，实施例的耦合阻抗比螺旋线慢波结构的耦合阻抗大，说明在频率32GHz～36GHz范围内，电子注与高频场能持续有效地相互作用交换能量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于行波管大功率输出的慢波结构，包括圆筒形金属外壳、设置于外壳内的若干同心金属圆环、以及固定金属圆环的支撑结构，其特征在于：所述金属圆环为开口圆环，其开口位于支撑结构的对侧；
所述相邻两个金属圆环的支撑结构设置于对称的两侧，即经过平移和绕中心旋转180度彼此得到；
所述支撑结构为金属材料。
2.如权利要求1所述的一种用于行波管大功率输出的慢波结构，其特征在于：所述支撑结构截面为扇形、“T”字形、或者矩形。
3.如权利要求1所述的一种用于行波管大功率输出的慢波结构，其特征在于：所述金属圆环开口截面为扇形。
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