CN106887372B - K波段高效率连续波空间行波管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了K波段高效率连续波空间行波管，它包括：双阳极电子枪(1)，与双阳极电子枪(1)相连的慢波电路(2)，安装在慢波电路(2)外周的周期永磁聚焦系统(6)，与慢波电路(2)相连的四级降压收集极(3)，所述的慢波电路(2)两端连接有输入波导(4)和输出波导(5)。本发明提供的K波段高效率连续波空间行波管，结构设计合理，电子效率高、收集极效率高和总效率高，性能稳定。

Description

K波段高效率连续波空间行波管
技术领域
本发明涉及一种行波管，具体涉及一种输出效率高、寿命长、可靠性好和非线性指标好的K波段高效率连续波空间行波管。
背景技术
行波管是一种靠调制电子注的速度来实现放大功能的微波电子管，行波管的特点是频带宽、增益高、动态范围大和噪声低，行波管频带宽度(频带高低两端频率之差/中心频率)可达100％以上，增益在25～70分贝范围内，低噪声行波管的噪声系数最低可达1～2分贝，因此现代行波管已成为军事雷达、军事电子对抗、中继通信、卫星通信、电视直播卫星、导航、遥感、遥控、遥测等电子设备的重要微波电子器件。
但是现有的K波段高效率连续波空间行波管结构设计不合理，输出高效低、寿命较短、可靠性差和散热性差等不足。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种输出效率高、寿命长、可靠性好和散热性好的K波段高效率连续波空间行波管。
技术方案：为了实现以上目的，本发明所采取的技术方案为:
K波段高效率连续波空间行波管，它包括：双阳极电子枪，与双阳极电子枪相连的慢波电路，安装在慢波电路外周的周期永磁聚焦系统，与慢波电路相连的四级降压收集极，所述的慢波电路两端连接有输入波导和输出波导；
所述的双阳极电子枪为聚焦极控制双阳极电子枪，它包括：枪壳，安装在枪壳底端的后盖，安装在枪壳内部的阴极支撑筒，安装在阴极支撑筒上的阴极，安装在枪壳内部的聚焦极支撑筒，安装在聚焦极支撑筒上的聚焦极，安装在枪壳前端部的第一阳极和第二阳极；
所述的慢波电路包括钨带螺旋线，套在钨带螺旋线外周的复合管壳，夹持在钨带螺旋线和复合管壳之间的品字形夹持杆；
所述的四级降压收集极包括：收集极筒，分别安装在收集极筒上端和下端的上封接环和下封接环，安装在收集极筒内壁上的瓷板，分别安装在瓷板上的第一收集极，第二收集极，第三收集极和第四收集极，第一收集极，第二收集极，第三收集极和第四收集极彼此不接触；所述的瓷板上开设有通孔，第一收集极，第二收集极和第三收集极的引线穿过瓷板上的通孔，分别与各自引线座相连，第四收集极的引线与第四引线座相连；所述的下封接环内安装有收集极后盖；
所述的输入波导的输入输能窗瓷采用氧化铝瓷，输出波导的输出窗采用蓝宝石窗瓷片的盒型窗。
作为优选方案，以上所述的K波段高效率连续波空间行波管，复合管壳外部的极靴焊接有散热片，散热片与底板焊接。
慢波电路采用复合管壳，钨带螺旋线和BN夹持杆。由于夹持杆直接将钨带螺旋线上产生的热量传导给复合管壳，减小热阻和导热路径，因此慢波系统通过管壳的散热能力和强度较强。
另外本发明采用品字形BN瓷杆，采用品字形大大加强了夹持杆与管壳的接触面积，慢波电路的散热和结构可靠性得以保证，同时采用品字形夹持杆，可有效降低慢波线损耗，有利于电性能的提高。
本发明利用ANSYS对慢波结构进行热分析：结果表明慢波电路结构温度最高点在螺旋线的最后一小段，温度达到98度左右，其余螺旋线温度均低于85度，管壳与夹持杆接触面温度约为88度，螺旋线与管壳间的温度差只有10度，表明慢波线的高散热性能，慢波电路结构设计满足要求。
为了进一步提高慢波电路散热能力，尽快的将行波管内部的热量传导至测试基板，降低螺旋线的工作温度，提高行波管的热稳定性，拟将管壳外部的极靴焊接散热片，并与行波管底板进行焊接，达到降低管壳与底板之间的热阻的目的。另外，采用该技术也可极大的提高行波管力学性能，并具有较好的耐振动和冲击的能力。
优化结构后的慢波电路计算结果与技术要求对比如下表：
上表的数据表明本发明优化结构后的慢波电路的计算结果能够看出，CAD计算的各项指标均和实测的各项指标能达到技术指标要求，输出功率、增益均能满足指标要求，且具有一定的裕量，同时非线性指标中相移、AM/PM、三阶交调以及群时延也满足鉴定件技术指标要求，性能优越。
作为优选方案，以上所述的K波段高效率连续波空间行波管，周期永磁聚焦系统的周期L﹤6mm。
本发明所述的输入波导的输入输能窗瓷采用氧化铝瓷，输出波导的输出窗采用蓝宝石窗瓷片的盒型窗。检测输入、输出的驻波曲线，在工作频带内，输入驻波系数小于1.2，输出驻波系数小于1.2，性能优越。
提高多级降压收集极效率是提高总效率的重要手段之一，本发明利用CAD软件进行优化设计，采用四级降压收集极结构，提高四级降压收集极效率，并减小返流。
根据总效率经验公式计算总效率：
该行波管计算电子效率约25％,收集极效率达到了80％以上，电子注流通率以98％计算，总效率超过61％。
本发明通过对四级降压收集极的结构的调整和优化，取得了很好的电子效率、收集极效率和总效率。
有益效果：本发明提供的K波段高效率连续波空间行波管与现有技术相比具有以下优点：
本发明提供的K波段高效率连续波空间行波管，结构设计合理，电子效率高、收集极效率高和总效率高，性能稳定。
附图说明
图1为本发明提供的K波段高效率连续波空间行波管的结构示意图。
图2为本发明提供的双阳极电子枪的结构示意图。
图3为本发明提供的慢波电路的结构示意图。
图4为本发明提供的慢波电路的结构示意图。
图5为本发明提供的四级降压收集极的结构示意图。
图6是本发明提供的K波段高效率连续波空间行波管的输出功率曲线图。
图7是本发明提供的K波段高效率连续波空间行波管的增益曲线图。
图8是本发明提供的K波段高效率连续波空间行波管的效率曲线曲线图。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1至图5所示，一种K波段高效率连续波空间行波管，它包括：双阳极电子枪1，与双阳极电子枪1相连的慢波电路2，安装在慢波电路2外周的周期永磁聚焦系统6，与慢波电路2相连的四级降压收集极3，所述的慢波电路2两端连接有输入波导4和输出波导5；
所述的双阳极电子枪1为聚焦极控制双阳极电子枪，它包括：枪壳1-1，安装在枪壳底端的后盖1-2，安装在枪壳1-1内部的阴极支撑筒1-3，安装在阴极支撑筒1-3上的阴极1-4，安装在枪壳内部的聚焦极支撑筒1-5，安装在聚焦极支撑筒1-5上的聚焦极1-6，安装在枪壳前端部的第一阳极1-7和第二阳极1-8；
所述的慢波电路2包括钨带螺旋线2-1，套在钨带螺旋线2-1外周的复合管壳2-2，夹持在钨带螺旋线2-1和复合管壳2-2之间的品字形夹持杆2-3；
所述的四级降压收集极3包括：收集极筒3-1，分别安装在收集极筒3-1上端和下端的上封接环3-2和下封接环3-3，安装在收集极筒3-1内壁上的瓷板3-4，分别安装在瓷板3-4上的第一收集极3-5，第二收集极3-7，第三收集极3-9和第四收集极3-11，第一收集极3-5，第二收集极3-7，第三收集极3-9和第四收集极3-11彼此不接触；所述的瓷板3-4上开设有通孔，第一收集极3-5，第二收集极3-7和第三收集极3-9的引线穿过瓷板3-4上的通孔，分别与各自的引线座相连，第四收集极3-11的引线与第四引线座相连；所述的下封接环3-3内安装有收集极后盖3-12；
所述的输入波导4的输入输能窗瓷采用氧化铝瓷，输出波导5的输出窗采用蓝宝石窗瓷片的盒型窗。
以上所述的K波段高效率连续波空间行波管，复合管壳2-2外部的极靴焊接有散热片2-4，散热片2-4与底板2-5焊接。
以上所述的K波段高效率连续波空间行波管，周期永磁聚焦系统6的周期L﹤6mm。
实施例2
本发明提供的K波段高效率连续波空间行波管该管的实测指标如下：
主要参数及非线性测试结果如下表：
本发明提供的K波段高效率连续波空间行波管的输出功率曲线如图6所示；本发明提供的K波段高效率连续波空间行波管的增益曲线如图7所示；本发明提供的K波段高效率连续波空间行波管的效率曲线曲线如图8所示。以上结果表明。本发明提供的K波段高效率连续波空间行波管具有高效率、长寿命和高可靠的特点，非线性指标好，性能优越，能够满足空间通信的使用要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.K波段高效率连续波空间行波管，其特征在于，它包括：双阳极电子枪(1)，与双阳极电子枪(1)相连的慢波电路(2)，安装在慢波电路(2)外周的周期永磁聚焦系统(6)，与慢波电路(2)相连的四级降压收集极(3)，所述的慢波电路(2)两端连接有输入波导(4)和输出波导(5)；
所述的双阳极电子枪(1)为聚焦极控制双阳极电子枪，它包括：枪壳(1-1)，安装在枪壳底端的后盖(1-2)，安装在枪壳(1-1)内部的阴极支撑筒(1-3)，安装在阴极支撑筒(1-3)上的阴极(1-4)，安装在枪壳内部的聚焦极支撑筒(1-5)，安装在聚焦极支撑筒(1-5)上的聚焦极(1-6)，安装在枪壳前端部的第一阳极(1-7)和第二阳极(1-8)；
所述的慢波电路(2)包括钨带螺旋线(2-1)，套在钨带螺旋线(2-1)外周的复合管壳(2-2)，夹持在钨带螺旋线(2-1)和复合管壳(2-2)之间的品字形夹持杆(2-3)；
所述的四级降压收集极(3)包括：收集极筒(3-1)，分别安装在收集极筒(3-1)上端和下端的上封接环(3-2)和下封接环(3-3)，安装在收集极筒(3-1)内壁上的瓷板(3-4)，分别安装在瓷板(3-4)上的第一收集极(3-5)，第二收集极(3-7)，第三收集极(3-9)和第四收集极(3-11)，所述的瓷板(3-4)上开设有通孔，第一收集极(3-5)，第二收集极(3-7)和第三收集极(3-9)的引线穿过瓷板(3-4)上的通孔，分别与各自的引线座相连，第四收集极(3-11)的引线与第四引线座相连；所述的下封接环(3-3)内安装有收集极后盖(3-12)；
所述的输入波导(4)的输入输能窗瓷采用氧化铝瓷，输出波导(5)的输出窗采用蓝宝石窗瓷片的盒型窗；
复合管壳(2-2)外部的极靴焊接有散热片(2-4)，散热片(2-4)与底板(2-5)焊接；
周期永磁聚焦系统(6)的周期L﹤6mm。
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