CN107833816B - 真空电子装置漂移管 - Google Patents

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Abstract

本发明描述用于包含中空管结构的真空电子装置(例如，带状束速调管)的技术。在一个实例中，所述中空管结构包含至少三个谐振腔和至少两个漂移管段。每一谐振腔包含沿着长轴的空腔宽度和沿着短轴的空腔高度。每一漂移管段包含漂移管段宽度和漂移管段高度，且所述空腔高度大于所述漂移管段高度。第一漂移管段安置在第一谐振腔与第二谐振腔之间。第二漂移管段安置在所述第二谐振腔与第三谐振腔之间。所述第一漂移管段的漂移管段宽度基本上与所述第二漂移管段的漂移管段宽度不同。

Description

真空电子装置漂移管
背景
除非在本文中另外指出，否则在此部分中描述的方法不是本公开中的权利要求书的现有技术，且并不通过包含在此部分中被认为是现有技术。
速调管是一种高射频(RF)放大器(例如，微波放大器)，所述放大器可在电源中用于电子加速器并用于雷达、电视机以及卫星通信的特高频 (UHF)发射器，以及用于粒子加速器的驱动式发电机。速调管可用于医疗、安全和检查、主动拒止、材料加工以及高能物理学应用。速调管是包含中空管结构(例如，中空金属波导)的电子装置，所述中空管结构在高真空(例如，真空装置、真空电子装置或真空电气装置)中操作。在速调管中，通过电子枪产生的电子束在电子束沿着管子(例如，漂移管)的长度经过谐振腔 (例如，金属盒或圆柱形形状)时，与无线电波相互作用。电子束经过第一空腔，输入信号施加到所述第一空腔。电子束的能量放大谐振腔中的信号，且从在速调管的另一端处的后一空腔获取放大后的信号。在常规的圆形束速调管(或环形束速调管[ABK])中，通过磁体限制的圆柱形电子束穿过多个谐振腔并与所述谐振腔相互作用，从而通常将输入信号放大30至60分贝 (dB；即，一千至一百万倍的增益)。通过空腔产生的高RF场通过圆柱形束漂移管与其它空腔隔离，所述漂移管太小以至于不能传播在指定频率以下的RF场，其被称为截止频率。漂移管、电子枪以及聚焦磁场(例如，B场) 的大小可对速调管的电流以及因此功率施加上限。
带状束速调管(SBK)是微波功率放大器，所述功率放大器可为常规的圆形束速调管的较小或较低成本替代，可产生比圆形束速调管更大的平均功率，且可比圆形束速调管更容易地延伸到较高频率。由于SBK中的空腔和漂移管的相对较宽且平坦的结构，SBK可为不稳定的。限于中空结构内的电磁(EM)辐射可具有横向模式，例如横向电(TE)模式、横向磁(TM)模式以及混合模式。横向模式是在垂直于(即，横向于)电磁辐射的束的传播方向的平面中测得的辐射的特定电磁场模式。TE模式(或H模式)是没有在传播方向上的电场的电磁场模式(即，磁[H]场沿着传播方向出现)。TM 模式(或E模式)是没有在传播方向上的磁场的电磁场模式(即，电[E]场沿着传播方向出现)。混合模式是在传播方向上具有非零电场和非零磁场的电磁场模式。谐振腔放大输入的RF场，同时谐振腔结合漂移管影响速调管的增益和带宽，所述速调管通常被称为管子。在SBK中，谐振腔和漂移管可允许被称为陷获模式或寄生模式的一些横向模式被激励和增长。
速调管中的不稳定性可在正反馈在横向模式(或传播模式)与通过电子枪(或电子束产生器)发射的准稳态电子束上的感生电流之间出现时出现。 SBK的宽漂移管可支持传播模式，所述传播模式可被“陷获”(即，与可将电子束驱动到漂移管壁中的强横向电场(例如，TE模式)形成驻波)，这可导致电子束变得不稳定(例如，TE模式不稳定性)。速调管中的不稳定性可引起与SBK的管子(例如，漂移管)的壁相撞的信号或电子束的RF场的衰减，如图1中示出，这可减少RF信号的放大，使输出信号衰减或损坏速调管。图1说明七腔SBK 160，其中电子束170的波形在经过漂移管162中的谐振腔164A-G时改变，这引起电子束的不稳定性172。尽管电子束示出为撞击在第六个谐振腔164F与第七个谐振腔164G之间的漂移管壁，但电子束的不稳定性示出为早在第二谐振腔164B时出现，这可造成信号的RF场的衰减。不稳定性可在RF模式增长时(例如，在比从所述模式耗散的功率更多的功率被置入所述模式中时)出现。
在没有不稳定性的情况下操作时，SBK可具有非常高的平均(或峰)功率连同相对较轻质的结构，这可用于多种科学、商业以及军事应用。SBK中的电子束是平面的，且可以“带”的形状横向延伸(因此名为“带状束”)，因此电子束可为此携载由于较低电流密度导致的较高电流。本文中描述的技术 (系统、装置以及方法)提供用以改变横向模式的特性并提高电子装置(例如SBK)的电子束的稳定性的机制。
发明内容
具有相对较平坦结构的真空电子装置，例如带状束速调管(SBK)，可易受横向电(TE)模式不稳定性影响。本文中描述的技术(系统、装置以及方法)提供漂移管调整，例如改变不同的漂移管段宽度；并提供谐振腔调整，例如改变谐振腔的凹入特征，这些调整可减少、最小化、减小或在一些情况下甚至消除TE模式不稳定性的影响。在一些实例中，改变漂移管段的宽度可减少TE模式不稳定性的影响，使得对SBK的操作频率具有可忽略的影响。在实例中，改变漂移管段的宽度可改变漂移管段彼此间的谐振频率，因此漂移管段的谐振频率并不重叠，且因此减少TE模式不稳定性的可能性。尽管凹入特征可加强电子束到横向模式的耦合以用于输入信号的放大，但没有凹入特征的谐振腔可降低反射系数，且由此降低漂移管段的有载品质因数，这可减小产生不稳定性的横向模式的振荡。
在另一实例中，真空电子装置，例如SBK，包含中空管结构。所述中空管结构包含至少三个谐振腔和至少两个漂移管段。每一谐振腔包含沿着长轴的空腔宽度，沿着短轴的空腔高度，以及沿着传播轴的空腔长度，且所述长轴基本上正交于所述短轴。在实例中，基本上正交是指在88°与92°(即，在 90°的2°范围内)之间的角度。每一漂移管段包含沿着长轴的漂移管段宽度，沿着短轴的漂移管段高度，以及沿着传播轴的漂移管段长度。在实例中，空腔宽度大于漂移管段宽度，或空腔高度大于漂移管段高度，从而在谐振腔与漂移管段之间产生不连续性。至少两个漂移管段中的第一漂移管段沿着传播轴安置在至少三个谐振腔中的第一谐振腔与第二谐振腔之间。至少两个漂移管段中的第二漂移管段沿着传播轴安置在至少三个谐振腔中的第二谐振腔与第三谐振腔之间。所述第一漂移管段的漂移管段宽度基本上与所述第二漂移管段的漂移管段宽度不同。
在配置中，第一漂移管段的漂移管段宽度比第二漂移管段的漂移管段宽度大或小至少0.3％。
在另一实例中，中空管结构包含至少两个谐振腔和至少一个漂移管段。每一谐振腔包含沿着长轴的空腔宽度，沿着短轴的空腔高度，以及沿着传播轴的空腔长度，且所述长轴基本上正交于所述短轴。至少一个漂移管段包含沿着长轴的至少两个漂移管段宽度，沿着短轴的漂移管段高度，以及沿着传播轴的漂移管段长度。在实例中，空腔宽度大于漂移管段宽度，或空腔高度大于漂移管段高度，从而在谐振腔与漂移管段之间产生不连续性。至少一个漂移管段中的第一漂移管段沿着传播轴安置在至少两个谐振腔中的第一谐振腔与第二谐振腔之间。至少一个漂移管段的第一漂移管段宽度基本上与所述至少一个漂移管段的第二漂移管段宽度不同。
在配置中，第一漂移管段的第一漂移管段宽度比第一漂移管段的第二漂移管段宽度大至少0.3％。
在另一实例中，中空管结构包含至少三个谐振腔和至少两个漂移管段。每一谐振腔包含沿着长轴的空腔宽度，沿着短轴的空腔高度，以及沿着传播轴的空腔长度，且所述长轴基本上正交于所述短轴。每一漂移管段包含沿着长轴的漂移管段宽度，沿着短轴的漂移管段高度，以及沿着传播轴的漂移管段长度。在实例中，空腔宽度大于漂移管段宽度，或空腔高度大于漂移管段高度，从而在谐振腔与漂移管段之间产生不连续性。至少两个漂移管段中的第一漂移管段沿着传播轴安置在至少三个谐振腔中的第一谐振腔与第二谐振腔之间。至少两个漂移管段中的第二漂移管段沿着传播轴安置在至少三个谐振腔中的第二谐振腔与第三谐振腔之间。第一漂移管段的漂移管段长度基本上与所述第二漂移管段的漂移管段长度不同，且第一漂移管段和第二漂移管段并不是倒数第二个谐振腔与最后一个谐振腔之间的漂移管。
在配置中，第一漂移管段的漂移管段长度比第二漂移管段的漂移管段宽度大0.7％至15％。
在另一实例中，中空管结构包含至少三个谐振腔和至少两个漂移管段，所述漂移管段包含漂移管材料。每一谐振腔包含沿着长轴的空腔宽度，沿着短轴的空腔高度，以及沿着传播轴的空腔长度，且所述长轴基本上正交于所述短轴。每一漂移管段包含沿着长轴的漂移管段宽度，沿着短轴的漂移管段高度，以及沿着传播轴的漂移管段长度。在实例中，空腔宽度大于漂移管段宽度，或空腔高度大于漂移管段高度，从而在谐振腔与漂移管段之间产生不连续性。至少两个漂移管段中的第一漂移管段沿着传播轴安置在至少三个谐振腔中的第一谐振腔与第二谐振腔之间。至少两个漂移管段中的第二漂移管段沿着传播轴安置在至少三个谐振腔中的第二谐振腔与第三谐振腔之间。第二漂移管段包含沿着第二漂移管段的至少一个内壁的壁材料。所述壁材料的电磁特性基本上与真空和中空管结构的其余部分的壁材料的磁导率和介电常数不同。
上文提供的概述是说明性的，且并不意图以任何方式限制。除上文描述的实例外，本发明的另外的方面、特征以及优点将通过参考图式、以下详细描述以及随附的权利要求书而变得清楚。
附图说明
图1说明不稳定性的纵向侧视图模拟，其中电子束撞击在七腔带状束速调管(SBK)的壁上。
图2说明实例速调管的框图。
图3说明实例带状束速调管(SBK)的图式。
图4A-4H说明在五腔SBK的微波腔组合件中的谐振腔和漂移管空隙的视图。
图5A-5J说明在具有不同漂移管段宽度的五腔SBK的微波腔组合件中的谐振腔和漂移管空隙的视图。
图6A-6D说明可用于漂移管段壁的实例多项式函数。
图6E说明可用于漂移管段壁的实例指数函数。
图6F说明可用于漂移管段壁的线性函数与指数函数的实例分段组合。
图7说明SBK的谐振腔和漂移管空隙。
图8A-8B说明SBK的微波腔组合件与磁路的视图。
图9说明SBK的谐振腔结构和缠绕漂移管的螺线管线圈。
图10A-10J说明SBK的谐振腔结构和漂移管。
图11A-11E说明针对具有不同谐振腔和漂移管段配置的各种注入模式反射系数的量值对频率的曲线图。
图12(表1)总结在谐振腔中操作的TM110模式和在漂移管段中操作的 TE302模式的结果。
具体实施方式
在详细说明本发明的任何实施方案之前，应理解，本发明的应用并不限于在以下描述中阐述或在以下图式中说明的组件的构造和布置的细节。本发明能够具有其它实施方案，并能够以各种方式实践或实施。流程图和过程中提供的数字被提供用于在说明步骤和操作时的清楚性，并未必指示特定次序或顺序。除非另外界定，否则术语“或”可指代替代方案的选择(例如，分离运算符或异或)或替代方案的组合(例如，合取运算符、和/或、逻辑或，或布尔或)。
本发明大体涉及用于减少或减小真空电子装置中的横向模式不稳定性的影响的调整，且更确切地说，涉及用于减少、最小化、减小或在一些情况下甚至消除带状束速调管(SBK)中的横向电(TE)模式不稳定性的影响的漂移管和谐振腔调整。
实例实施方案说明各种漂移管和谐振腔调整，所述调整可改变谐振器组合件的漂移管段中的谐振频率，或通过修改来自谐振腔的反射系数来减少漂移管段中的品质因数。确切地说，各种漂移管段的漂移管宽度可经修改以改变谐振腔之间的漂移管的放大特性，这可减轻TE模式，使得所述TE模式产生对速调管(例如，带状束速调管)的意图信号放大具有可忽略影响的不稳定性。
真空电子装置，例如速调管，可用于提供微波的高功率放大，所述微波具有高达数十兆瓦(MW)的输出功率。通常，速调管是窄带宽装置，所述装置具有小于输入频率的10％的带宽，且在一些实例中，具有小于输入频率的1％的带宽。常规地，带宽被界定为在最大频率值(即，峰频率)的任一侧上的上限频率与下限频率之间的差值，其中上限频率和下限频率各自通过 3dB点界定。3dB点是频谱密度为其最大值的一半的点。频谱密度是到构成信号的频率分量中的功率分布。
微波是具有在一米(1m)至一毫米(1mm)范围中的波长的电磁辐射的形式，其中频率在300兆赫(MHz；1m)与300千兆赫(GHz；1mm) 之间，所述频率可包含特高频(UHF；300MHz与3GHz之间)，超高频(SHF；3至30GHz)，以及极高频(EHF；毫米波；30至300GHz)。在电磁能量的频率在近似1GHz至100GHz的范围中的情况下，微波谱可另外按带分类，例如L(1-2GHz)、S(2-4GHz)、C(4-8GHz)、X(8-12GHz)、Ku (12-18GHz)、K(18-26.5GHz)、Ka(26.5-40GHz)、Q(33-50GHz)、 U(40-60GHz)、V(50-75GHz)、W(75-110GHz)、F(90-140GHz) 以及D(110-170GHz)。带L与UHF相关联，带S至Ka与SHF相关联，且带Q至D与EHF相关联。尽管真空电子装置通常与微波相关联，例如提供微波放大的速调管，但本文中描述的调整和方法还可适用于较高频装置，例如在较低红外光谱中操作的那些装置，其中红外电磁辐射包含在一毫米(1 mm)至700纳米(nm)范围中的波长，其中频率在300GHz(1mm)与450 太赫(700nm)之间。提及如本文中所使用的术语“微波”还可包含在较低红外光谱中的频率。在一个实例中，术语“微波”包含在300MHz与3THz之间的频率。
现将参考图式来描述本发明的实例实施方案的各方面。应理解，图式为此类实例实施方案的图解和示意性表示，且并不限制本发明，也不必按比例绘制。
实例速调管
图2说明实例速调管180的框图。N+2腔速调管180包含电子枪(所述电子枪发射电子)182、在谐振器组合件191中的N+2个空腔192、194以及 196、以及收集极190。电子枪182包含产生一束电子(或电子束)184的阴极181，所述束电子(或电子束)通过电压电位V0朝向阳极183加速至速度 u0，具有能量，其中m0是电子束的质量且e是电子电荷。电子束 184进入具有被称为谐振腔(或“集束”腔)的多个空腔192、194以及196的管子(或中空管结构)，所述空腔与漂移管(或漂移管段)连接。电子束耦合到管子，这被称为电子束耦合197。电子束在被称为输入腔或“集束器”腔 192的第一谐振腔处作用于射频(RF)电压186，所述电压表示为Vi sinωt 并通过耦合系数M(小于1的正值)减少，其中Vi是输入电压且ω是角频率，ω＝2πf，其中f是一般频率(以赫兹[Hz]为单位进行测量)。速调管通过将直流(DC)电子束184中的动能转换成射频功率来放大RF输入信号。
谐振腔192、194以及196的结构经设计以产生在指定谐振频率处的驻波，所述指定谐振频率通常接近输入频率，其产生作用于电子束184的振荡电压。电场使得电子“集束”，因为经过谐振腔的电子在电场与电子的运动相反时减慢，且经过谐振腔的电子在电场与电子的运动处于相同方向上时加速，从而使得先前连续的电子束在输入频率处或接近输入频率形成集束。为增强集束，速调管可包含另外的谐振腔或“集束器”腔194。在一些实例中，“集束器”腔(或“集束”腔)是指第一谐振腔。在其它实例中，“集束器”腔是指第一谐振腔和另外的谐振腔。在图2中示出的实例中，除输入腔192和输出腔 196外，速调管还具有N个谐振腔194。谐振腔(例如，N个谐振腔194) 还被称为中间谐振腔。通常，对于具有普通调谐型配置的常规速调管，每一谐振腔将增益增加约10分贝(dB)。添加更多的谐振腔可增加RF增益或带宽。电子束184随后经过“漂移”管，其中较快的电子赶上较慢的电子，产生“集束”，随后经过输出腔或“捕集器”腔196。在输出“捕集器”腔196中，电子的每一集束在周期中的某一时间处进入空腔，在所述时间处电场与电子的运动相反，且由此使电子减速。因此电子的动能被转换成电场的能量，从而增加振荡的幅度。在输出腔196中激励出的振荡通过波导187(或在其它实例中，同轴电缆)而耦合输出，以产生放大后的RF输出信号。电场与波导187的耦合被称为波导耦合198。具有减少的能量的所耗费电子束通过集电极或收集极190捕获。
实例带状束速调管
图3是实例带状束速调管(SBK)100的图式。SBK包含电子枪组合件 110、谐振器组合件(或微波腔组合件)120、微波输出波导组合件130以及收集极组合件140。电子枪组合件110在谐振器组合件120的第一端上，且收集极组合件140在谐振器组合件120的第二端上。电子枪组合件110包含电子枪(未示出)，所述电子枪包含电子发射器(未示出)。谐振器组合件 120包含磁返回盒122(所述磁返回盒还可充当冷却盒)，所述磁返回盒具有螺线管线圈连接器126和冷却接口124(例如，输入和输出)。磁返回盒 122可围封谐振腔(未标记)和漂移管段(未标记)。磁返回盒122可在输入侧(或电子枪侧)上用电子枪侧极片(未示出)围封，且在输出侧(或收集极侧)上用收集极侧极片128围封。电子枪侧极片未在图3中示出，因此磁返回盒122内的谐振腔和漂移管可示出。微波输出波导组合件130可包含各种波导组件，例如输出波导H面弯头132、输出波导双步E面变压器134、输出波导窗135、输出波导E面弯头136以及输出微波组合器或输出波导E 型三通接头138。微波输出波导组合件130将输出信号引导并组合到指定位置。收集极组合件140可包含集电极(未示出)。
图4A-4H说明在五腔SBK的微波腔组合件200中的谐振腔和漂移管空隙的视图。图4A示出微波腔组合件200中的谐振腔和漂移管空隙的透视图，图4B示出所述谐振腔和漂移管空隙的俯视图，图4C示出所述谐振腔和漂移管空隙的侧视图，且图4H示出所述谐振腔和漂移管空隙的正视图(在电子束的行进方向上观察)。图4D示出微波腔组合件200中的谐振腔和漂移管空隙的透视横截面视图，且图4E示出所述谐振腔和漂移管空隙的侧横截面视图，沿着所述微波腔组合件的中心部分在y-z平面中截取横截面。图4F 示出微波腔组合件200中的谐振腔和漂移管空隙的透视横截面视图，且图4G 示出所述谐振腔和漂移管空隙的俯视横截面视图，沿着所述微波腔组合件的中心部分在x-z平面中截取横截面。
微波腔组合件200的结构用作电子束和RF信号的波导。通过微波腔组合件200的结构形成的空腔和空隙提供用以产生驻波和谐振频率的特征，所述驻波和谐振频率用于将电子束和RF输入信号转换成放大后的RF输出信号。微波腔组合件200包含通过管子的漂移管区220中的漂移管段230A-F 耦合的谐振腔210。速调管中的谐振腔210和漂移管220可用合适的高电导率和高热导率材料制造，所述材料可包含例如铜(Cu)、铝(Al)或陶瓷基复合材料(CMC；例如，陶瓷纤维增强陶瓷[CFRC]或碳纤维增强碳化硅 [C/SiC])。在常规圆形束速调管(未示出)中，谐振腔和漂移管具有圆柱形、圆环面或椭圆体形状，所述形状具有半径、直径或半主轴。在SBK中，谐振腔和漂移管可具有基本上立方体或长方体形状或基本上椭圆柱形状。电子束经定向使得电子束在z方向上(或沿着z轴)行进或传播，电子束的宽方向在x方向上(或沿着x轴)，且电子束的薄方向在y方向上(或沿着y轴)。每一谐振腔210A-E和漂移管220的每一漂移管段230A-F的空隙具有宽度、高度以及长度。如本文中所使用，宽度是指沿着x轴202(或长轴)的距离，高度是指沿着y轴204(或短轴)的距离，且长度是指沿着z轴206(或传播轴；电子束的传播轴)的距离。
例如，每一谐振腔210A-E具有空腔宽度212(用于空腔210A-D)和218 (用于输出空腔210E)、空腔高度214A(用于空腔210A-D)和214E(用于输出空腔210E)以及空腔长度216。尽管空腔210A-D的空腔高度214A 示出为类似的，但每一谐振腔可具有不同的空腔高度(基于谐振腔的期望谐振射频场)。输出空腔宽度218与空腔宽度212(用于空腔210A-D)不同，且输出空腔高度214E与空腔高度214A(用于空腔210A-D)不同。尽管空腔210A-D的空腔宽度212示出为类似的且与输出空腔宽度218不同，但每一谐振腔可具有类似的或不同的空腔宽度(基于谐振腔的设计期望的谐振射频场)。
谐振腔可具有用以改变谐振腔的特性(例如，横向模式、电子束或RF 信号的特性)的各种特征，例如杠铃式特征(或哑铃式特征)246或凹入特征240。具有杠铃式特征(或杠铃式结构)的谐振腔可被称为杠铃式空腔(杠铃型空腔、哑铃式空腔或哑铃型空腔)。杠铃式空腔可被称为哑铃式空腔或 H型块式空腔，所述空腔可具有与杠铃式空腔的微小变化。杠铃式特征可通过产生RF场来改进平面电磁场的形状，所述RF场在电子束的宽度上不发生较大改变。杠铃式特征可另外界定谐振腔，所述谐振腔具有内空腔宽度211 (在杠铃内部)、杠铃宽度213(用于空腔210A-D)或输出空腔杠铃宽度 213E(用于输出空腔210E)以及杠铃高度215(用于空腔210A-C)、第四空腔杠铃高度215D(用于空腔210D)或输出空腔杠铃高度215E(用于输出空腔210E)。尽管空腔210A-C的杠铃高度215示出为类似的，但每一谐振腔可具有不同的杠铃高度。输出空腔杠铃宽度213E与杠铃宽度213(用于空腔210A-D)不同，且第四空腔杠铃高度215D和输出空腔杠铃高度215E 与杠铃高度215(用于空腔210A-C)不同。尽管空腔210A-C的杠铃宽度215 示出为与第四空腔杠铃高度215D和输出空腔杠铃高度215E类似和不同，但每一谐振腔可具有不同或类似的杠铃宽度(基于期望的管特性)。图4A-4H 说明具有杠铃式特征的谐振腔。在其它实例中，谐振腔可具有其它类型的带状束式空腔，例如规则立方体形状(即，矩形抛物体或规则立方体空腔)、带槽脊波导或交叉孔口式空腔。
凹入特征240(或凹入结构)可改进电子束到谐振腔中的电磁场的耦合。凹入特征是指突出到空隙(例如，谐振腔)中。凹入特征可具有不同的形状或配置，例如三角形、三棱柱、或斜圆顶形状(图10D的242)、或矩形或长方体形状(图4E和图5E的240)。还可使用凹入特征的其它形状或配置。在谐振腔的每一侧上的凹入特征之间的空隙的最小或最短距离被称为凹入间隙长度217。通常，凹入间隙长度217小于空腔长度216。
漂移管区220中的漂移管230A-F具有漂移管宽度222、漂移管高度224 以及漂移管区长度226。在谐振腔210A-E之间、在阳极与第一谐振腔(或输入谐振腔或“集束器”腔)210A之间以及在最后一个谐振腔(或输出谐振腔或“捕集器”腔或最后的谐振腔)210E与收集极之间的漂移管区可各自被称为漂移管段230A-F。每一漂移管段230A-F具有漂移管段宽度(或管段宽度) 232A-F、漂移管段高度(或管段高度)224以及漂移管段空隙长度(或管段长度或管段空隙长度)236A-F。常规地，漂移管段宽度232A-F对于漂移管段230A-F中的每一个是统一且类似的并被统称为漂移管宽度222，且漂移管段高度224对于漂移管段230A-F中的每一个是统一且类似的并被统称为漂移管高度224。漂移管段宽度232A-F和漂移管段高度224通过漂移管的内壁或结构来界定。在z轴中，漂移管段延伸到谐振腔的空隙中。漂移管段空隙长度236A-F可通过谐振腔内的点(例如，中点)界定。在其它实例(未示出)中，漂移管段空隙长度可通过漂移管段与邻接的谐振腔之间的边界或不连续性界定。谐振腔之间的漂移管段230B-D可具有类似或不同的漂移管段空隙长度236B-D。第四谐振腔与输出谐振腔之间的漂移管段230E可经调整 (例如，缩短)以使用于输出信号的电子束减速。
空腔宽度与漂移管段宽度不同以在谐振腔与漂移管段之间的空隙中产生不连续性。在实例中，空腔宽度212或218大于漂移管段宽度232A-F。在另一配置中，空腔高度与漂移管段高度不同以在谐振腔与漂移管段之间的空隙中产生不连续性。在实例中，空腔高度214A和214E大于漂移管段高度 224。在一些实例中，空腔高度是漂移管段高度的距离的两倍。
空腔可通过在z方向上将结构(例如，谐振腔或漂移管段)放置在波导的末端处形成，从而产生支持在特定本征频率(即，谐振频率)处的特定本征模式的结构。振荡系统的本征模式(或普通模式)是运动模式，其中系统的所有部分以同一频率并以固定的相位关系按正弦曲线移动。本征频率(或振荡的谐振频率)是出现本征模式的频率。许多真空电子装置，例如速调管，通过具有与电子束相互作用的电磁模式(或横向模式、传播模式或本征模式)来操作。在矩形波导和空腔(即，中空矩形结构)中，矩形模式数量通过附接到模式类型的两个或三个下标号指定，例如TEmn或TMmn以及TEmnp或 TMmnp，其中m是跨越波导的宽度的半波模式的数量，n是跨越波导的高度的半波模式的数量，且p是跨越空腔的长度的半波模式的数量。
与电子束的横向模式相互作用通常通过使电子束经过某一结构来发生，所述结构以加强横向模式相互作用的方式成形。相互作用可在沿着电子束的离散位置处发生或在所述结构的整个体积上发生。改变或加强通过使壁或结构成形从而以特定方式与电子束相互作用来产生。
通常，谐振腔和漂移管，尤其是谐振腔，经设计以通过布置谐振腔的谐振频率以尝试并得到期望的增益和带宽，来加强速调管的增益或带宽。通常焦点在TM110模式(或谐振腔的工作模式或主要模式)上。其它模式还可存在于真空电子装置(例如，速调管)中。因为SBK通常是基于矩形几何结构，所以在矩形波导结构中的传播模式可用横向电(TE)模式和横向磁(TM) 模式表达。对于矩形腔，TEmnp和TMmnp模式的谐振频率可通过表达式1近似。
其中m、n以及p是非负整数，且m、n以及p中的至少两个是正整数 (即，m＝0,1,2,..，n＝0,1,2,...，p＝1,2,..其中对于TE模式，m和n不能同时为0，或对于TM模式，m＝1,2,...，n＝1,2,...以及p＝0,1,2...)，下标m、n以及p与波导所支持的模式场结构相关，μ表示介质或材料(例如，空腔中的体积)的复合磁导率，ε表示所述介质或材料的复合介电常数，‘a’表示空隙或空腔的宽度(或宽方向)，‘b’表示空隙或空腔的高度(或窄方向)，且‘d’表示在z方向上形成的空隙或空腔的长度。磁导率μ是材料支持在材料内形成磁场的能力的量度。介电常数ε是在于介质中形成电场时遇到的电阻的量度。表达式1可用于用校正因数近似谐振腔和漂移管中的谐振频率，因为谐振腔和漂移管具有在矩形波导结构中的开口(和有时的特征)。校正因数可通过结构的模拟来确定。
当频率(或模式频率)超出波传播的下阈值频率或最小频率(被称为截止频率)时，电磁波(或横向模式)传播。当允许电磁模式在连接两个谐振腔的波导(例如，漂移管段)中传播时，电磁模式可变成“陷获”，被称为陷获模式。当漂移管段(或其它波导特征)阻止电磁模式传播时，电磁模式截止。如果电磁模式的频率在截止频率以下，那么电磁模式不能在波导结构中传播且被称为截止。TEmn和TMmn模式的截止频率可通过表达式2表示。
其中m和n是非负整数，且m和n中的至少一个是正整数(即，m和n 中的仅一个可为零；例如，对于TE模式，m＝0,1,2...，n＝0,1,2,..，m和n 不可都为0；或对于TM模式，m＝1,2,...，n＝1,2,...)，且m和n与波导所支持的模式场结构相关，μ表示介质或材料的磁导率，ε表示介质或材料的介电常数，‘a’表示空隙或空腔的宽度(或宽方向)，且‘b’表示空隙或空腔的高度(或窄方向)。表达式2可用于用校正因数近似谐振腔和漂移管中的截止频率，如先前关于表达式1所论述。
谐振腔可被称为真空电子装置的“意图”空腔，其中RF结构经特意设计和放置以与电子束相互作用。漂移管或漂移管段可被称为“非意图”空腔，其中漂移管的空腔或空隙在谐振腔(或“意图”空腔)之间产生陷获模式(或寄生模式)。清楚地说，来自电磁模式的谐振频率和振荡可在谐振腔和漂移管段两者中发生，其中谐振腔“意图”加强谐振频率或振荡，且漂移管段是波导结构的“非意图”结果。由此，修改漂移管或漂移管段(或波导结构的其它部分)的结构可改变谐振频率并使陷获模式的振荡衰减。因为管子(或真空电子装置)中的变化还可影响意图空腔的功能和性能，所以对谐振腔的功能和性能具有可忽略或最小影响的一些变化实施起来可更加有利。漂移管或漂移管段的设计采用与谐振腔的方法(即，谐振腔方法，所述方法试图通过与意图空腔频率重叠来加强或最大化速调管的增益)相反的方法(即，漂移管方法)。对于漂移管方法，通过漂移管段的空隙或空腔产生的非意图空腔频率以频率间的间距布置或最小化频率的重叠，以保持陷获模式或寄生模式的增益较低。可期望具有在不同漂移管空腔中的对应的谐振模式的峰值，所述漂移管空腔按频率通过大于与电子束具有不可忽略的相互作用的模式的有载带宽的总和而分离。
在许多带状束装置中，返回参考表达式1和2，在漂移管段(或连接谐振腔的波导)中‘b’比‘a’小得多。由此，具有n＝0的TE场可具有比具有大于0的n的TM模式和TE模式低得多的截止频率。
通过比较，中空圆形结构可具有比中空矩形结构更低的截止频率，因此常规圆形束速调管在不稳定性变成问题之前可需要高得多的工作频率。在大部分常规圆形束速调管中，圆柱形漂移管的较窄尺寸(例如，半径或直径) 截断电磁模式的大部分，使得这些其它TE和TM模式不能传播。由于SBK 的漂移管段的几何结构，电磁模式中的一些可变成陷获且可产生不利影响，例如电子束的TE模式不稳定性，其中横向电模式被激励并增长至所述模式足够干涉以更改装置的电子束的意图操作的点。TE模式不稳定性还可在其它非带状束电子装置中出现，例如圆形束相对论速调管(例如，相对论速调管放大器)或扩展相互作用速调管。例如，在圆形束相对论速调管中，出现与TE模式传播或不稳定性类似的挑战，其中漂移管不在谐振腔之间截断。 TE模式传播或不稳定性(或类似的挑战)还可存在于带状束加速器中。
SBK的发展已受到与矩形结构和平面电子束相关联的电气和机械挑战的阻碍。如所介绍，电气挑战出现是因为宽漂移管段允许激励陷获模式，所述陷获模式可造成TE模式不稳定性。空腔(例如，谐振腔和漂移管段)可过模(例如，允许多个模式传播)。
尽管产生平面电子束的真空电子装置(例如，SBK)可具有挑战，但这些产生平面电子束的真空电子装置还可具有一些独特的益处。例如，SBK通过改变束的宽度而允许在没有电流密度的增加的情况下束电流的增加，这允许减少的阴极电流密度。降低的电流密度可减少聚焦磁场(或B场)需要且可减少阴极负载。磁场的减少至少部分由于较低的空间电荷力导致，所述较低的空间电荷力允许可易于实施的永久磁体聚焦方案。平面电子束的较大表面积还可帮助降低温度，并在功耗(例如，i2R损耗)在较大表面积上扩散时，减少冷却需要。随频率下降的功率约为(即，近似为)1/频率(1/f)，而非约为1/频率的平方[(1/f)2]，正如圆形束的情况一样，这允许SBK更适合于高频设计(例如，超出75GHz的频率)，例如研发在94GHz左右的W 带SBK或在1THz左右操作的SBK。
除表达式1和2外，许多其它关系、品质或量还可帮助表征空腔，以及空腔所支持的与电子束相互作用的本征模式的能力。一种关系是空腔的总品质因数，如通过表达式3给出。
其中总品质因数QT可具有两个分量，即束有载品质因数Qb，所述束有载品质因数说明与电子束的相互作用，以及有载品质因数Ql，所述有载品质因数是由于空腔导致的品质因数且在不存在电子束时存在。有载品质因数 Ql由无载品质因数Qo和外部品质因数Qe组成。
对于给定模式，品质因数是空腔储存能量的能力相对于在某一时段上耗散的功率的量的量度，如在表达式4中表示。
其中ω是角频率(2π*f；或径向频率或弧频率)，Wo是空腔中的总时间平均能量，且各种Ps表示功率耗散(例如，Pb是由于束负载导致的功率耗散，Po是由于有损耗的材料导致的功率耗散，且Pe是由于能量向空腔外辐射或传播[由于形状和设计]导致的功率耗散)。对于Qb，所耗散的功率来自到电子束的耦合，对于Qo，所耗散的功率通过欧姆材料或有损耗的材料导致，且对于Qe，所耗散的功率通过功率从空腔向外辐射或传播导致。
可用于帮助描述空腔的另一关系是R/Q(即，R/Q表示符号，所述符号不是R除以Q)。具有单位欧(Ω)的R/Q描述给定量的储存能量的空腔的加速电压。R/Q的物理描述可描述为跨越空腔的相互作用间隙的电压V的平方与储存在空腔中的能量W的比值，如通过表达式5表示。
其中Vc是跨越相互作用间隙(在空腔中)的电压，ωo是谐振频率 (其 中L是空腔或电路的电感且C是空腔或电路的电容)，且 W是空腔中的平均能量。速调管是谐 振窄带装置，所述装置通常具有某一有限带宽。当输入产生足够的基频RF电流(Ii)以在所 关注的带上驱动输出电路时，速调管的带宽主要地通过输出电路的R/Q设定。R/Q还可表示 为
结构中的第n个空腔的阻抗Zn(ω)可以与频率的函数相同的形式表示，如通过表达式6所表示。
其中是第n个空腔的R/Q，QTn是第n个空腔的总品质因数，ωo是第n个空腔的谐振频率，且ω是装置的输入或操作频率。
在这些空腔参数的情况下，速调管通常使用与电子束相关的略多一些参数或关系。电子束首先通过电子枪电压Vo加速，具有给定DC电流Io和速度uo。在表达式7中给出的束传播因数(或电子波数)βe、在表达式8中给出的等离子体波数βp以及在表达式9中给出的减少的等离子体波数βq是可用于速调管装置设计和理解速调管操作的一些参数。波数(或波号)是波的空间频率(例如，在每单位距离的周期或每单位距离的弧度中)。
βe＝ω/uo [表达式7]
βp＝ωp/uo [表达式8]
βq＝Rβp [表达式9]
其中ωp是等离子体频率，且R是等离子体减少因数。等离子体减少因数考虑漂移管壁在减少集束之间的空间电荷的影响时的影响。在宽带状束中，对于固定束宽，等离子体减少因数R与漂移管的宽度可仅具有较小的相关性，因为大部分相互作用发生在漂移管高度中(即，在漂移管的宽维度之间)。因此，对于固定束宽，漂移管的宽度可更改，这对更改减少的等离子体波数βq具有仅较小或可忽略的影响。
间隙耦合系数M1通过表达式10给出。
其中x是空腔中(例如，谐振腔或漂移管段)的间隙的距离，β是波数 (或波号或轴向波数)，Ec是电路场(例如，通过电路产生的电场)，且ξ是沿着存在电路场的束的积分路径。间隙耦合系数M1(x，βe)通常在电子束上求平均值以给出第m个空腔的平均间隙耦合系数M(βe)。第m个空腔是指在第n个空腔之前的空腔。
从速调管理论来说，当对电子束纵向地(即，沿着z轴)施加RF调制且相互作用在离散的区域上发生且漂移管截止时，两个空腔(例如，两个谐振腔)之间的跨导gmn可通过表达式11表示，且两个空腔之间的对应的电压增益Gmn可通过表达式12表示。
其中Vm是跨越在前的空腔m的间隙的电压，In是在空腔n处由电压Vm引起的驱动电流，Vn是跨越空腔n的间隙的电压，lmn是第m个空腔与第n 个空腔之间的长度(即，漂移管段长度)，Vo是电子枪电压，Io是电子枪电流，ωq是减少的等离子体频率，Mm是第m个空腔的间隙耦合系数，且Mn是第n个空腔的间隙耦合系数。长度lmn通常通过与电子束和耦合相关的参数设定。
这些表达式(例如，表达式1-12)可用于通过在可能的前馈电流路径上求和来确定N腔速调管的总增益。所得绝对功率增益G(p)可表达为表达式 13。
其中Z1是第一个谐振腔的阻抗，GN1是跨越N个空腔的电压增益，Qe1是第一个谐振腔的外部品质因数，QeN是第N个谐振腔(或最后一个谐振腔) 的外部品质因数，(R/Q)1是第一个空腔的R/Q，(R/Q)N是第N个空腔(即，最后一个空腔)的R/Q，A是体现各种电路和束参数的常数，p是绝对功率增益的极点，pn是N个空腔中的谐振腔的极点，zn是增益函数变为零的复频率，Qe1是第一个谐振腔的外部品质因数，QeN是第N个谐振腔(或最后一个谐振腔)的外部品质因数。一般来说，具有单调谐的谐振腔的多腔速调管的增益函数具有比极点(p)少两个的零点(z)。在表达式13中，N个极点是由于谐振腔导致，且N-2个零点是由于与跨导相关的前馈路径导致。中间的谐振腔用于加强速调管的增益和带宽。通常空腔的谐振频率经布置以得到期望的增益和带宽。通常，每一谐振腔可将增益增加近似10dB。添加更多的谐振腔可增加RF增益，尤其是在所述谐振腔的谐振频率重叠时。
当在模式与电子束上的感生电流之间出现正反馈时，寄生模式或陷获模式可增长，其在电子束中产生不稳定性。这些电子束不稳定性可与枪电压(所述枪电压还影响Io、uo以及通过表达式7-9表示的波数)相关，且可基于负总品质因数QT来预测。通过电子束驱动的寄生模式可在横向模式未足够加载时增长，且可中断真空电子装置(即，管子；例如，速调管)操作。至少两个因素驱动振荡：第一，所述束将功率传递到所述模式，以及第二，通过电阻材料或有损耗的材料损失的功率和通过在空腔中能量向外辐射损失的功率小于从电子束获得的功率，这引起模式能量的净增益并引起增长的振荡。为获得小于零的总品质因数(QT<0)，Qb需要为负，且总品质因数的倒数越负，模式自激励可越容易地发生，这在电子束中产生不稳定性。通过上文的关系、表达式以及描述，至少三种方法可用于帮助减少不想要的模式增长，所述方法包含，第一，减少电子束与寄生模式或陷获模式之间的耦合 (例如，增加Qb)，第二，增加欧姆型损耗(例如，降低Qo)，第三，允许模式从空腔向外辐射或传播功率(例如，降低Qe)，或这些方法的组合。
实例扩展相互作用速调管
不想要的振荡在除SBK外的许多类型的速调管应用中发生。具体的一种领域是扩展相互作用空腔或扩展相互作用速调管(EIK)的领域。EIK可为高频(例如，≥8GHz)、高功率(例如，≥75MW)或高压(例如，≥500 千伏[kV])应用提供高峰功率，所述应用例如正负电子直线对撞机。可使用扩展相互作用输出空腔，以便在若干个输出空腔相互作用间隙上分布RF电压且以便避免RF击穿。空腔的最大电场E受RF击穿限制。在RF击穿中，局部较高的电场造成来自固体表面(例如，空腔壁)的离子的断裂和场致蒸发。所描述的表达式和关系中的许多表达式和关系，例如表达式11，取决于束与模式之间在若干个离散间隙处发生的相互作用。当使用多个间隙或相互作用在扩展区域上发生时，EIK在速调管中出现。上文论述的参数中的许多参数在分析EIK电路时也是相关的。在EIK中，一般的速调管理论适用，其中与一般RF场的相互作用在一般区域上发生。此类RF场可为对应于紧密放置在一起的空腔的若干个离散场区，或所述场可为耦合间隙结构的连续场。EIK通常在较高频率处(例如，毫米[mm]波电路)用于实现大功率输出、宽频带宽或高增益。在这些空腔中，平均间隙耦合系数的量值M可通过将扩展空腔的相速度同步至束速度来优化，且空腔的稳定性可取决于正束有载电导Gb。对于束上的纵波(在z方向上)，Gb可通过表达式14表示。
其中βe是电子波数，βq是减少的等离子体波数，Vo是电子枪电压，Io是电子枪电流，且M是平均间隙耦合系数。
束有载品质因数Qb可使用表达式15中的关系来计算。
束有载品质因数Qb还可通过使用表达式16观察从给定模式耦合到束中的功率Pb(即，束功率)来直接地计算出。
其中Jm是电子束的电流密度，Em是电子束的电场，且积分在束的体积V 上进行并在时间段T上求平均值。
实例相对论速调管放大器
可形成寄生模式的另一速调管结构在相对论速调管放大器(RKA)中。 RKA使用相对论电子束，其中通过相对论电子枪产生的电子流以相对论速度移动。RKA通常使用高电流(例如，在千安[kA]范围而非常规ABK的安[A] 范围中)以提供高功率和高增益。在一些RKA中，较高模式(或较高阶模式)主要地在中间空腔之间产生，其中圆形漂移管未截止。例如，寄生模式的激励是正反馈的形式。为防止激励寄生模式，阈值电流可增加(例如，当阈值电流比束电流大得多时)。阈值电流可与中间谐振腔的数目成比例，因此，更多的中间空腔增加激励寄生模式的可能性。可用于使寄生模式衰减的一种机制是将电阻材料或有损耗的材料放置或添加到漂移管的壁中，这改变 (例如，降低)无载品质因数Qo。无载品质因数Qo的降低可帮助抑制寄生模式，这可提高一些RKA的性能。
实例磁聚焦
在SBK中，TEm0模式可在漂移管中传播，其中m是跨越漂移管的宽度 (x轴)的半波模式的数目。TE模式可由于可在制造中发生不对准和加工误差(例如，匹配的谐振腔或在输出间隙阻抗与束阻抗之间的匹配)导致以及由电荷密度起伏导致而激励。如果这些TE模式在漂移管中操作，那么TE 模式通常造成挑战，因为所述模式具有在y方向上的电场分量，从而朝向附近的漂移管壁反冲所述束。TEm0模式的自激励由于不稳定性已成为不同的 SBK设计中的挑战。TE模式可由于漂移管段与谐振腔之间的不连续性(例如，空隙特征的变化)而被陷获。尽管已使用周期性永久磁体(PPM)聚焦、周期性尖端磁(PCM)场以及摇摆器场来尝试使电子束聚焦并传输电子束，但最终这些设计由于产生TE模式不稳定性的场的量值而仍为不稳定的。
螺线管聚焦可用于产生刚性束，所述刚性束可不易受TE模式不稳定性影响。除所描述的方法外，螺线管聚焦可使得束中心在y方向上较少地振荡，并降低从给定横向模式到束中的功率耦合，如先前在表达式16中示出。然而，如果电子枪未与磁场(例如，B场)和漂移管对准(这通常在某一程度上在实践中发生)或当电子枪未与磁场(例如，B场)和漂移管对准时，电子束上的一些振荡可仍发生，所述振荡可仍耦合到TE模式。
更改漂移管高度或添加扼流腔
谐振腔和漂移管中的各种变化可影响陷获模式。在实例中，增加漂移管高度允许RF场中的一些从空腔向外辐射，从而降低外部品质因数Qe。然而，在各种漂移管段上统一地改变漂移管高度还可通过降低总品质因数QT和减少谐振腔的R/Q，而对意图空腔(或谐振腔)的操作具有影响。在另一实例中，漂移管段中的窄壁中的狭槽(在y方向上)或漂移管中在漂移管壁中的 RF吸收器(例如，嵌入到漂移管段的带槽窄壁中的电阻材料或有损耗的材料)还可用于抑制陷获模式。漂移管壁中的狭槽和RF吸收器可仍与电子束相互作用，且可增加速调管的制造成本。在另一实例中，使用有损耗的材料 (例如，在漂移管的壁中)或四分之一(1/4)λ扼流腔还可用于抑制陷获模式。1/4λ扼流腔(或扼流接头)是以(操作频率的)四分之一波长的奇数倍放置成远离漂移管段的宽壁(例如，上壁、下壁或这两者)中的谐振腔的末端的窄空腔。扼流腔方法使用还可需要调谐的一组额外的空腔，且扼流腔的位置是模式特定的，这可添加制造复杂性和成本。嵌入有损耗的材料和结构的其它更复杂的变化还可更难以产生且成本较高，尤其是当速调管的频率增加且速调管的特征变得更小时。
改变陷获电磁模式
至少两个不同机制可用于修改与电子束相互作用的陷获电磁模式的影响，而对放大后的信号具有微小的或可忽略的影响。可使用其它机制，所述机制对放大意图信号具有较大影响。一些改变可对放大后的信号(或操作频率)具有微小的或可忽略的影响，而其它改变可对放大后的信号具有大得多的影响。
用以修改与电子束相互作用的陷获电磁模式的影响的第一方法在多个空腔沿着结构形成时可为有用的。非常类似于速调管理论，且更一般地说，扩展相互作用速调管理论，沿着电子束路径的空腔的频率可对在不同空腔中电子束与RF场之间的相互作用具有较大影响。通过操纵所形成的空腔(例如，空腔的尺寸)，谐振频率可改变。当使用多个空腔时，谐振频率的改变可对增益与带宽之间的关系具有较大影响。不同的空腔频率可对电子束与电磁模式之间的耦合具有影响。确切地说，有利的是，以增加的带宽为代价来降低漂移管空腔中的陷获TE模式的增益。
第二方法包括操纵电磁场，所述电磁场在至少两个物体(例如，不连续性)沿着结构放置时形成，所述放置产生空腔(例如，漂移管段)。通过操纵这些结构或在结构的末端之间形成的空腔，储存在所形成的空腔中的能量可改变。作为过程的一部分，对于给定横向模式，反射系数可依据来自形成空腔的物体(例如，漂移管壁)中的每一个的频率来确定，以及确定特定横向模式的空腔的谐振频率。随后，物体可被修改或物体之间的空腔(例如，谐振腔)可被修改，以通过依据频率更改反射系数或改变空腔的谐振频率来允许RF场从空腔向外辐射。
尽管这些技术可一般应用于真空电子装置或真空管，但所示出的实例也应用于形成于带状束装置(例如带状束速调管)的漂移管中的陷获模式。所描述的技术、机制以及方法还可适用于其它真空电子装置，例如扩展相互作用速调管(EIK)和相对论速调管放大器(RKA)。
改变漂移管中的陷获模式的频率
速调管是窄带装置，所述窄带装置的功能取决于空腔的频率。如先前关于表达式6、11以及12所描述，装置增益(或波导增益)G是在信号路径上的空腔阻抗Zn(ω)和漂移管段跨导gmn的乘积的总和，如通过表达式17所表示。
其中ω是角频率，Vin是装置的输入电压，Vout是装置的输出电压，n是空腔的数目，跨导gmn通过表达式11表达，阻抗Zn(ω)通过表达式6表达，且电压增益Gmn通过表达式12表达。所得总功率增益也在先前通过表达式13 表达。分母多项式(例如，(p-p1)...(p-pN))取决于空腔阻抗，所述空腔阻抗可经调整以得到期望的频率响应。速调管由于各种前馈项而具有有限个零点。在具有单调谐腔的多腔速调管的一般增益函数中，速调管具有比极点(pN)少两个的零点(例如，zN-2)。增益峰值与极点相反出现，且增益谷值与零点相反出现。在典型的速调管设计中，谐振腔的谐振频率经布置使得增益在所关注的带内为合理地平坦的。因为增益在零点附近降低，所以极点布置通常提供：零点移动到带外部或由相邻极点抵消(即，极零抵消)。常规地，对于给定数目的中间空腔，发生增益带宽折衷。例如，当速调管具有高增益时，速调管通常具有较低带宽。速调管可经同步地调谐，其中所有谐振腔被调谐至同一频率或非常类似的频率。同步调谐产生最大增益，但带宽可为非常小。速调管设计还可通过适当地布置或间隔开谐振腔的频率来针对宽带(即，宽带宽)进行调谐，这可引起较少的增益。
在传统的速调管理论中，电子束与RF场之间的相互作用在不同空腔上的离散位置处发生。如通过表达式12示出，跨越空腔中的间隙产生的电压 (例如，Vn)取决于空腔阻抗Zn(ω)。在谐振时，空腔阻抗Zn较高，且因此在束电流的此频率分量处感生的电压较高。在扩展相互作用速调管(EIK) 中，相互作用在许多间隙上或在整个扩展区域中发生。当漂移管未截止时，非意图空腔可形成于两个意图空腔之间的漂移管段中。这些非意图空腔可被认为是在“意图速调管”设计内操作的“非意图速调管”的一部分。非意图速调管可具有类似于常规速调管的若干特性以及许多差异。一个差异是非意图速调管中的电场、RF场或E场可在y方向上(沿着y轴)而非仅纵向地(即， z方向或沿着z轴)在电子束上相互作用。此特性可更改用于常规速调管的分析。然而，一些概念、关系以及表达式可仍保持且可被使用。例如，非意图空腔(以及意图空腔)可具有强谐振频率。空腔阻抗在这些谐振附近较高 (见表达式12)。当电子束运动具有在空腔谐振附近重叠的频率分量时，强相互作用发生在电子束与空腔的RF场之间。因此，为使电子束与漂移管段之间的此影响最小化，调整非意图空腔频率，使得非意图空腔的谐振不重叠。因此，漂移管设计(或漂移管方法)采用与常规的谐振腔设计(即，谐振腔方法)相反的方法，这加强或最大化增益。漂移管设计布置非意图空腔频率以使频率中的重叠(例如，谐振频率和束振荡频率)最小化，以保持陷获模式或寄生模式的增益较低。
不幸的是，由于漂移管段的类似设计，许多常规的带状束速调管设计具有被调谐至类似频率的许多非意图空腔，这使得陷获模式或寄生模式增长。漂移管段的参数中的界定谐振腔之间的距离的一些，例如漂移管段长度 (例如，236A-F)，通常通过其它参数设定或影响谐振腔的性能或设计。因此，许多漂移管段通常具有类似的长度或此长度的倍数。意图空腔或谐振腔的空腔高度(例如，214A或214E)通常为类似的，因为工作模式的频率是类似的。空腔高度的高度变化对工作模式的频率比对陷获模式或寄生模式的频率具有大得多的影响，这通过下文提供的模拟数据来支持。因此，在调谐至同一频率附近的多个非意图空腔(即，漂移管段)的情况下，增益和相互作用较高。用以改变漂移管段的谐振频率的一种方法是改变漂移管段宽度，这对意图速调管的其它重要参数或工作模式的频率具有极小影响，但可减少、最小化或消除真空电子装置(例如SBK)中的横向电(TE)模式不稳定性的影响。
图5A-5J说明在修改漂移管段宽度的五腔SBK的微波腔组合件250中的谐振腔和漂移管空隙的实施方案的视图。图5A-5J将先前在图4A-4H中示出的五腔SBK用作基础设计来示出漂移管段宽度的各种改变。图5A示出微波腔组合件250中的谐振腔和漂移管空隙的透视图，图5B示出所述谐振腔和漂移管空隙的俯视图，图5C示出所述谐振腔和漂移管空隙的侧视图，且图 5H示出所述谐振腔和漂移管空隙的正视图(在电子束的行进方向上观察)。图5D示出微波腔组合件250中的谐振腔和漂移管空隙的透视横截面视图，且图5E示出所述谐振腔和漂移管空隙的侧横截面视图，沿着所述微波腔组合件的中心部分在y-z平面中截取横截面。图5F示出微波腔组合件250中的谐振腔和漂移管空隙的透视横截面视图，且图5G示出所述谐振腔和漂移管空隙的俯视横截面视图，沿着所述微波腔组合件的中心部分在x-z平面中截取横截面。
微波腔组合件250的结构用作电子束和RF信号的波导。通过微波腔组合件250的结构形成的空腔和空隙提供用以产生驻波和谐振频率的特征，所述驻波和谐振频率用于将电子束和RF输入信号转换成放大后的RF输出信号。微波腔组合件250包含通过管子的漂移管区270中的漂移管段280A-F 耦合的谐振腔260。速调管中的谐振腔260和漂移管270可用先前关于微波腔组合件200描述的材料和与先前关于微波腔组合件200描述的几何结构类似的几何结构制造。每一谐振腔260A-E和漂移管270的每一漂移管段 280A-F的空隙具有宽度、高度以及长度。
例如，每一谐振腔260A-E具有空腔宽度262(用于空腔260A-D)和268 (用于输出空腔260E)、空腔高度264以及空腔长度266A(用于具有凹入特征的空腔260A和260E)和266D(用于没有凹入特征的空腔260B-D)。当谐振腔具有凹入特征时，谐振腔260B-D还具有凹入间隙长度267，所述凹入间隙长度是凹入特征之间的空隙的距离。尽管空腔260A-D的空腔高度 264示出为类似的，但每一谐振腔可具有不同的空腔高度(基于谐振腔的期望谐振射频场)。输出空腔宽度268可与空腔宽度262(用于空腔260A-D) 不同或类似，且空腔高度264可与彼此不同或类似(用于空腔260A-E)。图5D-5E将空腔高度264说明为类似的。尽管空腔260A-D的空腔宽度262 示出为类似的且与输出空腔宽度268不同，但每一谐振腔可具有类似的或不同的空腔宽度(基于谐振腔的设计期望的谐振射频场)。通常，在SBK中，空腔宽度262或268为空腔高度264的距离的至少两倍。在一些实例中，空腔宽度可为空腔高度的距离的至少四倍或十倍。
微波腔组合件250示出为具有杠铃式特征247、凹入特征240以及非凹入特征244(即，没有凹入特征的空腔)。杠铃式特征可具有内部空腔宽度 261(在杠铃内部)、杠铃宽度263(用于空腔260A-D)或输出空腔杠铃宽度263E(用于输出空腔260E)以及输入空腔杠铃高度265A(用于空腔260A)、第二空腔杠铃高度265B(用于空腔260B)、第三空腔杠铃高度265C(用于空腔260C)、第四空腔杠铃高度265D(用于空腔260D)或输出空腔杠铃高度265E(用于输出空腔260E)。尽管空腔260A-E的杠铃高度265A-E示出为不同的，但在其它实例(未示出)中，谐振腔的杠铃高度可为类似的或不同的(基于期望的装置特性)。
漂移管区270中的漂移管280A-F具有各种漂移管宽度282A-F、漂移管高度274以及漂移管区长度276。在谐振腔260A-E之间、在阳极与第一谐振腔(或输入谐振腔或“集束器”腔)260A之间以及在最后一个谐振腔(或输出谐振腔或“捕集器”腔或最后的谐振腔)260E与收集极之间的漂移管区可各自被称为漂移管段230A-F。每一漂移管段230A-F具有漂移管段宽度(或管段宽度)282A-F、漂移管段高度(或管段高度)274以及漂移管段空隙长度 (或管段长度或管段空隙长度)286A-F。漂移管段高度274对于漂移管段 230A-F中的每一个是统一且类似的并被统称为漂移管高度274。在其它实例 (未示出)中，漂移管段高度可基于设计参数而彼此不同。漂移管段宽度 282A-F和漂移管段高度274通过漂移管的内壁或结构来界定。通常，在SBK 中，漂移管段宽度282A-F为漂移管段高度274的距离的至少两倍。在一些实例中，漂移管段宽度可为漂移管段高度的距离的至少四倍或十倍。例如，如果漂移管段高度为10mm，那么漂移管段宽度可等于或超过20mm(对于漂移管段高度的至少两倍)、40mm(对于漂移管段高度的至少四倍)或100 mm(对于漂移管段高度的至少十倍)。
在z轴中，漂移管段延伸到谐振腔的空隙中。漂移管段空隙长度286A-F 可通过谐振腔内的点(例如，中点)界定。在其它实例(未示出)中，漂移管段空隙长度可通过漂移管段与邻接的谐振腔之间的边界或不连续性界定。谐振腔之间的漂移管段280B-D可具有类似或不同的漂移管段空隙长度 286B-D。第四谐振腔(倒数第二个(second to last)空腔，被称为倒数第二个(penultimate)空腔或倒数第二个谐振腔)与输出谐振腔(或最后一个谐振腔)之间的漂移管段280E可经调整(例如，缩短)以使用于输出信号的电子束减速。
空腔宽度262或268与漂移管段宽度282A-F不同，以在谐振腔260A-E 与漂移管段280A-F之间的空隙中产生不连续性。在实例中，空腔宽度262 或268大于漂移管段宽度282A-F。在另一配置中，空腔高度与漂移管段高度不同，以在谐振腔与漂移管段之间的空隙中产生不连续性。在实例中，空腔高度264大于漂移管段高度274。在一些实例中，空腔高度是漂移管段高度的距离的两倍。
通过基本上改变漂移管段宽度232A-F，漂移管段的RF场的谐振频率可彼此不同，且减少陷获模式或寄生模式的增益，对谐振腔的意图频率、增益或带宽具有最小影响。改变漂移管段宽度允许横向模式的RF场中的一些从空腔向外辐射，因此降低外部品质因数Qe。在一个实例中，至少两个漂移管段宽度(例如，282A和282B、282B和282C、282C和282D或282D和282E) 可基本上彼此不同。较大的变化或差值是以指定因数(例如，制造公差的三倍或五倍)超出真空电子装置的制造公差的差值。通常，超出制造公差使得装置在所界定的规范外操作(例如，不恰当地操作)。彼此间具有较大变化或差值的两个尺寸是彼此不同的两个尺寸(即，在制造公差外；或特意不同)。
在配置中，至少一个漂移管段宽度(例如，282C)比另一漂移管段宽度 (例如，282D)大至少0.3％。在一个实例中，具有不同漂移管段宽度的漂移管段彼此相邻(通过单一谐振腔分隔)。例如，在经设计以在2.856GHz 左右操作的五腔S带SBK中，谐振腔和漂移管段可经配置以放大2.856GHz 输入信号。漂移管段宽度可在谐振腔一与五260A-E之间在160mm至150mm 之间变化。如果一个漂移管段或第一漂移管段(例如，280D)具有153mm 的宽度(例如，282D)，那么另一漂移管段或第二漂移管段(例如，280C) 具有比153mm大至少0.46mm(0.3％)的宽度(例如，282C)(153.46mm 或更大的宽度)。如果制造公差为±76.2μm(152.4μm的总公差)，那么至少0.46mm是制造公差的至少三倍(例如，指定因数)。在另一实例中，至少一个漂移管段宽度(例如，282C)比另一漂移管段宽度(例如，282D) 大至少2％，如此应用于实例，另一个漂移管段宽度(例如，282C)为至少 156mm。在另一实例中，至少一个漂移管段宽度(例如，282C)小于另一漂移管段宽度(例如，282D)的两倍，如此应用于实例，另一个漂移管段宽度(例如，282C)小于306mm。在另一实例中，至少一个漂移管段宽度(例如，282C)小于另一漂移管段宽度(例如，282D)的11/2倍，如此应用于实例，另一个漂移管段宽度(例如，282C)小于229.5mm。
在中空管结构包含第三漂移管段(例如，280B)的实例中，第三漂移管段宽度(例如，282B)可基本上与第一漂移管段宽度(例如，282D)和第二漂移管段宽度(例如，282C)不同(例如，相差至少0.3％)。第三漂移管段可通过谐振腔(例如，第四谐振腔260B)与第一漂移管段或第二漂移管段分隔。
在另一配置中，具有第一漂移管段宽度(例如，282C)的第一漂移管段 (例如，280C)经配置以产生第一漂移谐振RF场，且具有第二漂移管段宽度(例如，282D)的第二漂移管段(例如，280D)经配置以产生第二漂移谐振RF场，且第一漂移谐振RF场的峰值与第二漂移谐振RF场的峰值相差第一漂移谐振RF场的峰值的至少0.6％，其中两个漂移管段中的RF场具有横向模式的相同的下标m、n以及p(即，相同模式)，所述横向模式的谐振频率小于操作频率的两倍，且所述横向模式的谐振频率小于截止频率的两倍。漂移谐振RF场峰值的差值可适用于影响模式不稳定性的横向模式，例如TE模式不稳定性。例如，使用经设计以在2.856GHz左右操作的S带SBK 的实例，具有153.3mm的漂移管段宽度282D的漂移管段280D经配置以产生TE302模式的4.025GHz峰值漂移谐振RF场，且具有150mm的漂移管段宽度282E的漂移管段280E经配置以产生TE302模式的4.072GHz峰值漂移谐振RF场(当其它尺寸、参数以及特征在谐振腔与漂移管段之间类似时)。由于漂移管宽度的变化导致的峰值漂移谐振RF场之间的差值为47MHz，所述差值是4.025GHz峰值漂移谐振RF场的1.17％，所述差值是第一漂移谐振RF场的峰值的至少0.6％(即，24MHz)。在另一实例中，第一漂移谐振 RF场的峰值与第二漂移谐振RF场的峰值相差第一漂移谐振RF场的峰值的至少0.25％。如此应用于实例，如果150mm的漂移管段宽度282E具有TE302模式的4.072GHz峰值漂移谐振RF场，那么选定漂移管段宽度282D，使得漂移管段280D的TE302模式的峰值漂移谐振RF场与4.072GHz相差至少10 MHz(即，0.25％)(即，>4.082GHz或<4.052GHz)。在另一实例中，第一漂移谐振RF场的峰值与第二漂移谐振RF场的峰值相差第一漂移谐振RF 场的峰值的至少1％。如此应用于实例，如果150mm的漂移管段宽度282E 具有TE302模式的4.072GHz峰值漂移谐振RF场，那么选定漂移管段宽度 282D，使得漂移管段280E的TE302模式的峰值漂移谐振RF场与4.072GHz 相差至少41MHz(即，1％)(即，>4.113GHz或<4.031GHz)。
在中空管结构包含第三漂移管段(例如，280B)的实例中，第三漂移管段可经配置以产生第三漂移谐振频率。第三漂移谐振频率可与第一漂移谐振频率相差第三漂移谐振频率的至少0.7％，且与第二漂移谐振频率相差第三漂移谐振频率的至少0.6％。
峰值漂移谐振RF场之间的差值还可象征性地表示。虽然表达式1主要用于确定封闭的矩形空腔的横向模式的谐振频率，但表达式1还可用于以一些修改和校正近似漂移管段的横向模式的谐振频率，所述漂移管段具有邻接谐振腔的开放端。每一漂移管段的横向模式的漂移谐振频率可通过表达式1 近似，且可产生漂移谐振频率的峰值之间的增量漂移谐振频率。漂移管段之间的漂移管段宽度的变化可产生增量漂移谐振频率。在实例中，增量漂移谐振频率为每一横向模式的至少0.25％。在另一实例中，增量漂移谐振频率为每一横向模式的至少0.5％。在另一实例中，增量漂移谐振频率为每一横向模式的至少1％。
如先前所示和论述，漂移管段在漂移管段长度的每一端上具有开口，因此在表达式1中通过‘d’表示的在z方向上形成的漂移管段的空隙或空腔的长度被近似出，且针对漂移管段的每一端的谐振腔的几何结构或特征(例如，凹入特征或杠铃式特征)添加校正因数。例如，第一漂移管段的横向模式的第一漂移谐振频率通过表达式18近似，且第二漂移管段的横向模式的第二漂移谐振频率通过表达式19表示，且增量漂移谐振频率通过表达式20表示。
其中μ1是复合磁导率且ε1是第一漂移管段中的材料的体积的复合磁介电常数；w1是漂移管段宽度(例如，282D)；h1是漂移管段高度(例如，274)；且l1是第一漂移管段的漂移管段长度(例如，286D)的近似，第一谐振腔的空腔高度(例如，264)的一半，第二谐振腔的空腔高度(例如，264)的一半，以及第一谐振腔、第一漂移管段以及第二谐振腔的特征的校正因数；且 m、n以及p是表示横向模式的非负整数，且m和n并非都为零；且其中μ2是复合磁导率且ε2是第二漂移管段中的材料的体积的复合磁介电常数；w2是漂移管段宽度(例如，282E)；h2是漂移管段高度(例如，274)；且l2是第二漂移管段的漂移管段长度(例如，286E)的近似，第二谐振腔的空腔高度(例如，264)的一半，第三谐振腔的空腔高度(例如，264)的一半，以及第二谐振腔、第二漂移管段以及第三谐振腔的特征的校正因数。
如果除漂移管段宽度外第一和第二漂移管段的特征和几何结构(即，表达式18和19的参数)是类似的，那么表达式18-19可分别通过表达式21-22 表示。
其中μ是复合磁导率且ε是漂移管段中的材料的体积的复合介电常数，w1是第一漂移管段的漂移管段宽度(例如，282D)，w2是第二漂移管段的漂移管段宽度(例如，282E)，h是漂移管段高度(例如，274)，且l是漂移管段的漂移管段长度(例如，286B-D)的近似，在漂移管段的每一端上的谐振腔的空腔高度(例如，264)的一半，以及漂移管段和在漂移管段的每一端上的谐振腔的特征的校正因数；且m、n以及p是表示横向模式的非负整数，且m和n并非都为零。
在另一配置中，第一漂移管段(例如，280D)经配置以产生具有第一漂移带宽的第一漂移谐振RF场，且第二漂移管段(例如，280E)经配置以产生具有第二漂移带宽的第二漂移谐振RF场，且第一漂移谐振RF场的峰值与第二漂移谐振RF场的峰值相差第一漂移有载带宽和第二漂移有载带宽的总和的至少1.5倍，其中对于横向模式，漂移有载带宽通过谐振频率除以有载品质因数给出(fo，mnp/Ql)，所述横向模式的谐振频率小于操作频率的两倍，且所述横向模式的谐振频率小于截止频率的两倍。例如，使用经设计以在2.856GHz左右操作的S带SBK实例，具有153.3mm的漂移管段宽度282D 的漂移管段280D经配置以产生TE302模式的4.025GHz峰值漂移谐振RF场和900的有载品质因数，从而给出4.5MHz的漂移有载带宽，且具有150mm 的漂移管段宽度282E的漂移管段280E(当其它尺寸、参数以及特征在谐振腔与漂移管段之间类似时)经配置以产生TE302模式的4.071GHz峰值漂移谐振RF场和840的有载品质因数，从而给出4.8MHz的漂移有载带宽。两个谐振频率峰值之间的差值是46MHz(即，4.071GHz-4.025GHz)，所述差值大于13.95MHz(即，两个漂移有载带宽的总和的1.5倍，即1.5*[4.5 MHz+4.8MHz])。
图5A-5H将漂移管段280A-F示出为具有立方体形状，所述立方体形状具有沿着漂移管段的均匀宽度，其中漂移管段280A、280E以及280F具有类似宽度(例如，最小漂移管宽度272)，且漂移管段280B-D具有在从漂移管段280B-280E降低的阶梯模式中递增地变大的宽度。在其它实例中，漂移管段可具有在y方向和z方向两者中的不同形状(即，非均匀)和宽度配置。图5I-5J说明沿着z轴的变化。图5I说明在形成基本上梯形形状或直线形状的漂移段290A-F中的漂移管段宽度282A-F的逐渐变尖，如从俯视横截面视图观察。图5J说明在形成双阶梯形状的漂移段291A-F中的漂移管段宽度282A-F的阶梯函数，如从俯视横截面视图观察。还可使用其它函数和形状，例如沿着漂移管段的宽度的指数形状、多项式形状或不同形状的分段组合。图6A-6D分别说明二阶、三阶、四阶以及五阶多项式的实例。还可使用其它阶多项式。图6E说明实例指数函数。还可使用其它连续函数。图6F说明线性函数与指数函数的分段组合的实例。还可使用其它分段组合。
在配置中，至少一个漂移管段(例如，290B-D或291B-D)具有基本上彼此不同的至少两个漂移管段宽度(例如，282B-E)。在一个实例中，每一漂移管段宽度(例如，282A-F)是漂移管段高度(例如，274)的至少两倍。在另一实例中，至少一个漂移管段宽度(例如，282B-E)与漂移管段内的另一个漂移管段宽度(例如，282B-E)相差至少0.3％(例如，大至少0.3％)。
图7说明五腔SBK的包含谐振腔(或谐振器腔或谐振器空隙)310A-E 和漂移管空隙320或320A-F的微波腔302。图8A说明SBK的微波腔组合件和磁路的透视图，且图8B示出微波腔组合件120中的谐振腔310和漂移管空隙320以及磁路的透视横截面视图，沿着微波腔组合件的中心部分在y-z 平面中截取横截面。图9说明谐振腔结构312A-E和缠绕微波腔组合件的漂移管的螺线管线圈344A-F。如先前所论述，微波腔组合件120包含磁回路或盒122，所述磁回路或盒具有阳极端极片(板)332(也称为输入盒极片或电子枪侧极片)、收集极端极片(板)336(也称为输出盒极片或收集极侧极片)、用以在微波腔组合件与热交换器之间循环冷却剂的冷却接口或冷却适配器340以及螺线管线圈连接器342。磁返回盒122还可为输出波导348提供开口。阳极端极片332可包含阳极334。电子枪可经由阳极334电耦合到微波腔组合件(即，包含漂移管段和谐振腔的中空管结构)。极片332和336 可支持微波腔组合件(图10A-10J中的300)，其具有通过谐振腔结构312 或312A-E界定的谐振腔310以及通过漂移管322界定的漂移管腔320或 320A-F。用于辅助使微波腔组合件中的电子束聚焦的磁聚焦组合件(例如，螺线管线圈344A-F[电磁体]、永久磁体或电磁体和永久磁体组合)中的磁体或一部分，可至少部分在x-y平面中围绕漂移管段。
图10A-10J说明图3和图7-9中示出的五腔SBK的谐振腔结构312A-E 和漂移管段324A-F。图10A示出微波腔组合件300的正透视图，图10B示出所述微波腔组合件的侧透视图，图10I示出所述微波腔组合件的正横截面视图且图10J示出所述微波腔组合件的正透视横截面视图，沿着输入谐振腔 310A的中心部分在x-y平面中截取横截面。图10C示出微波腔组合件300 中的谐振腔和漂移管空隙的透视横截面视图且图10D示出所述谐振腔和漂移管空隙的侧横截面视图，沿着微波腔组合件的中心部分在y-z平面中截取横截面。图10E示出微波腔组合件300中的谐振腔和漂移管空隙的透视横截面视图且图10F示出所述谐振腔和漂移管空隙的俯视横截面视图，沿着微波腔组合件的中心部分在x-z平面中截取横截面。图10G示出微波腔组合件300 中的谐振腔和漂移管空隙的正横截面视图，沿着第三谐振腔310C的中心部分在x-y平面中截取横截面。图10H示出微波腔组合件300中的谐振腔和漂移管空隙的正横截面视图，沿着在第二谐振腔310B与第三谐振腔310C之间的漂移管段324C的中心部分在x-y平面中截取横截面。
RF输入信号可经由输入信号开口328而注入到第一谐振腔312A(或输入谐振腔或输入腔)中，且放大后的RF输出信号可通过输出波导348从最后一个谐振腔312E(或输出谐振腔或输出谐振腔)用信道输出。使用所属领域中已知的机制，每一谐振腔可调谐至精确的频率。谐振腔312A-E包含杠铃式特征248。在其它实例(未示出)中，谐振腔可具有其它带状束式空腔配置。输入空腔312A和输出空腔312E具有凹入特征242，且中间谐振腔 312B-D具有非凹入特征244(即，没有凹入特征的空腔或非凹入谐振腔)。
谐振腔结构312或312A-E包含在x-z平面中沿着谐振腔的长度和宽度的谐振腔宽上壁316A-E和谐振腔宽下壁317A-E，在x-y平面中沿着谐振腔的宽度和高度的谐振腔前端壁318A-E和谐振腔后端壁319A-E，以及在y-z 平面中沿着谐振腔的长度和高度的谐振腔侧壁或谐振腔窄壁314A-D。谐振腔宽壁316A-E或317A-E通过空腔宽度(加每一端上的壁的厚度)和空腔长度(加每一端上的壁的厚度)界定，并界定空腔高度。谐振腔端壁318A-E 或319A-E通过空腔杠铃高度(或没有杠铃型特征的空腔高度)(加每一端上的壁的厚度)和空腔宽度(加每一端上的壁的厚度)界定，界定空腔长度，并包含用于漂移管腔320A-F的开口且耦合到漂移管段324A-F。谐振腔窄壁 314A-D通过空腔杠铃高度(或没有杠铃型特征的空腔高度)(加每一端上的壁的厚度)和空腔长度(加每一端上的壁的厚度)界定，并界定空腔宽度。输出谐振腔结构312E可具有光圈或孔口315，例如谐振腔侧壁316E或317E 中的不连续性，所述光圈或孔口将输出谐振腔结构312E与输出波导348分隔开。在其它实例(未示出)中，不连续性可在出口谐振腔端壁318E或319E 中出现。
漂移管段324A-F包含在x-z平面中沿着漂移管的长度和宽度的漂移管宽上壁326A-F和漂移管宽下壁327A-F，和在y-z平面中沿着漂移管的长度和高度的漂移管侧壁或漂移管窄壁325A-F。漂移管宽壁326A-F或327A-F 通过漂移管段宽度382A-F(加每一端上的壁的厚度)和漂移管段空隙长度 (或更少)界定，并界定漂移管段高度。漂移管宽壁326A-F或327A-F还可被称为沿着长轴的长壁。由于漂移管宽壁326A-F或327A-F的相对较宽漂移管段宽度382A-F和在漂移管段(以及装置和还有空腔结构)上产生的高真空，漂移管宽壁可得到增强或具有较厚的壁。在一些实例中，增强材料(即，第二种材料)可层堆在漂移管宽壁上。漂移管窄壁325A-F通过漂移管段高度(加每一端上的壁的厚度)和漂移管段空隙长度(或更少)，并界定漂移管段宽度382A-F。漂移管窄壁325A-F还可被称为沿着长轴的短壁。
图10H示出在漂移管窄壁或侧壁325C-F之间的段间的漂移管宽度的改变386，且图10I示出在漂移管窄壁或侧壁325B-F之间的段间的漂移管宽度的改变384。在其它实例(未示出)中，各种漂移管窄壁或侧壁325A-F可具有不同形状、表面或纹理，例如图5I-5J和图6A-6F中示出的那些漂移管窄壁或侧壁。
常规地，输入谐振腔与中间谐振腔之间的漂移管段长度是类似的。如先前所论述，输出谐振腔与在前的谐振腔(即，倒数第二个空腔)之间的漂移管段长度可缩短为真空电子装置的工作频率的四分之一波长函数以产生输出信号。
在实例中，真空电子装置(例如，SBK)的中空管结构包含至少三个谐振腔(例如，输入谐振腔或中间谐振腔，而非输出谐振腔)和至少两个漂移管段。至少两个漂移管段中的第一漂移管段安置在所述至少三个谐振腔中的第一谐振腔与第二谐振腔之间，且至少两个漂移管段中的第二漂移管段安置在所述至少三个谐振腔中的第二谐振腔与第三谐振腔之间。参考图5E，第一漂移管段(例如，280C)的漂移管段长度(例如，286C)基本上与第二漂移管段(例如，280D)的漂移管段长度(例如，286D)不同。在配置中，第一漂移管段的漂移管段长度与第二漂移管段的漂移管段长度相差0.7％至 15％(例如，大0.7％至15％)，同时仍小于工作频率的十分之一(1/10)波长。例如，如果第一漂移管段长度286D为55mm，那么第二漂移管段长度 286C大于55.4mm(即，比第一漂移管段长度大390μm或0.7％)并小于63.3 mm(即，比第一漂移管段长度大8.25mm或15％)。在另一实例中，第一漂移管段和第二漂移管段的漂移管段长度之间的差值大出制造公差的指定因数(例如，五倍)(例如，对于2.856GHz装置，76.2μm的公差；或对于制造公差的指定5倍的因数，至少0.381mm的公差)，并小于工作频率的十分之一(1/10)波长(例如，近似1.05cm)。
在另一配置中，第一漂移管段的横向模式的第一漂移谐振频率通过表达式18近似，且第二漂移管段的横向模式的第二漂移谐振频率通过表达式19 表示，且增量漂移谐振频率通过表达式20表示，其中增量漂移谐振频率是每一横向模式的至少0.6％，所述横向模式的谐振频率小于操作频率的两倍且小于截止频率的两倍。例如，使用经设计以在2.856GHz左右操作的S带SBK 的实例，具有55mm的漂移管段长度286D的漂移管段280D经配置以产生 TE302模式的4.035GHz峰值漂移谐振RF场，且具有56mm的漂移管段长度 286C的漂移管段280C经配置以产生TE302模式的4.072GHz峰值漂移谐振RF场(其中其它尺寸、参数以及特征在谐振腔与漂移管段之间类似)。在漂移管段280D与漂移管段280C之间的峰值漂移谐振RF场间的差值是37 MHz，所述差值是4.035GHz峰值漂移谐振RF场的0.9％，所述差值是第一漂移谐振RF场的峰值的至少0.6％(即，24.4MHz)。在另一实例中，增量漂移谐振频率为每一横向模式的至少0.8％。
漂移管段长度的改变可改变相邻谐振腔的工作频率。其它尺寸和参数可变化或改变，例如相邻谐振腔的空腔高度，以维持相邻谐振腔的类似工作频率。
在另一实例中，真空电子装置(例如，SBK)的中空管结构包含至少三个谐振腔和至少两个漂移管段，其中第一漂移管段安置在第一谐振腔与第二谐振腔之间，且第二漂移管段安置在第二谐振腔与第三谐振腔之间。至少两个漂移管段可包含漂移管材料。漂移管材料可与中空管结构的其余部分的壁材料类似。第二漂移管段可包含沿着第二漂移管段的至少一个内壁(例如，漂移管窄壁325A-F的短内壁或漂移管宽壁326A-F或327A-F的长内壁)的材料(例如，壁材料)。在一些实例中，沿着至少一个内壁的材料可为与壁的其余部分或中空管结构的其余部分(例如，其它漂移管段和谐振腔)的材料不同的材料。材料的电磁特性基本上与真空的磁导率和介电常数不同。所述电磁特性包含磁导率或介电常数。真空的磁导率或真空磁导率表示为μ0＝4π×10-7牛每平方安(N/A2)≈1.2566370614×10-6N/A2。相对磁导率μr是特定介质的磁导率μ与真空磁导率μ0的比值，表示为具有基本上与真空磁导率不同的磁导率的材料在室温(例如，25℃)和输入频率下具有大于20的相对磁导率。真空的介电常数或真空介电常数表示为ε0＝ 8.8541878176×10-12法拉每米(F/m)。相对介电常数εr是特定介质的介电常数ε与真空介电常数ε0的比值，表示为具有基本上与真空介电常数不同的介电常数的材料在室温(例如，25℃)和输入频率下具有大于2的相对介电常数。
在另一配置中，第一漂移管段的横向模式的第一漂移谐振频率通过表达式18近似，且第二漂移管段的横向模式的第二漂移谐振频率通过表达式19 表示，且增量漂移谐振频率通过表达式20表示，其中增量漂移谐振频率是每一横向模式的至少0.6％。在另一实例中，增量漂移谐振频率是每一横向模式的至少0.8％，所述横向模式的谐振频率小于操作频率的两倍且小于截止频率的两倍。
通过修改反射系数来减少寄生空腔品质因数
在第二种方法(method)或方法(approach)中，陷获模式或寄生模式中的更大的RF功率被允许从漂移管段(例如，非意图空腔)向外辐射出。对于漂移管段，外部品质因数Qe降低，且总品质因数的倒数1/QT增加，这增加振荡的阈值并降低陷获模式或寄生模式的增长速率。
从传输线路理论来说，沿着线路的阻抗的变化引起在线路上传播的场中的一些的反射。反射系数(例如，电压反射系数)Γ可通过表达式23表示。
其中Zo是传输线路阻抗，且Z表示线路上的干扰的阻抗。对于矩形或立方体波导(例如，SBK漂移管段或谐振腔)，TEmn模式的波阻抗Zw，mn通过表达式24给出。
其中μ表示介质或材料(例如，传输介质)的磁导率，ε表示介质或材料的介电常数，fc,mn是与空腔相互作用的TEmn模式的截止频率，且f是装置的输入或操作频率。如果传输线路较短地终止(Z＝0)或为开放的(Z＝无限大)，那么整个场被反射回且反射系数Γ的量值为一(1)。参考表达式6，空腔阻抗在谐振处具有峰值。在谐振处，空腔阻抗Zn(ω)为完全真实的(即，没有想象的分量)且等于QT*(R/Q)。因此，当漂移管中的传播的TE模式入射在空腔(例如，漂移管段)上时，大反射系数可在TE模式的谐振附近出现。为修改对传播的TE模式的响应，可改变各种参数，例如传输线路阻抗 Zw，mn、与空腔相互作用的模式的谐振频率、无载品质因数Qo、外部品质因数Qe或与空腔相互作用的TE模式的R/Q。
漂移管空腔可以与开放的谐振器类似的方式模型化。来自两个谐振腔的反射形成谐振器。为实现谐振的关系，通过表达式25给出的相位上的关系应得到近似满足。所得外部品质因数通过表达式26给出，且在表达式25得到近似满足时，近似地等效于表达式27中示出的内容。
2βgL+phase(Γ1)+phase(Γ2)≈2qπ，其中
其中βg是导波数，Γ1是在第一谐振腔处的反射系数，Γ2是在第二谐振腔处的反射系数，L是谐振器之间(例如，中点到中点)的长度，q是整数，ω是谐振器的输入或操作角频率，μ表示介质或材料的磁导率，ε表示介质或材料的介电常数，f是输入或操作频率，fc是截止频率，α是用以表示介质的损耗的常数(或对于真空为0)，且c是真空中的光速。注意，对于接近一的反射系数，ln|Γ1|≈1-|Γ1|或ln|Γ2|≈1-|Γ2|。表达式25-27由于在波导的末端处的端部效应和边缘场而为近似，因此使用校正因数来考虑端部效应和边缘场。由于品质因数的变化而导致的差值通过表达式28给出。
其中Q是品质因数(即，第一品质因数)，Q′是另一品质因数(即，第二品质因数)，Γ1是在第一谐振腔处的反射系数(即，在第一谐振腔处的第一反射系数)，Γ2是在第二谐振腔处的反射系数(即，在第二谐振腔处的第一反射系数)，Γ′1是在第一谐振腔处的另一反射系数(即，在第一谐振腔处的第一反射系数)，Γ′2是在第二谐振腔处的另一反射系数(即，在第二谐振腔处的第二反射系数)。
模拟数据
漂移管段(和谐振腔)中的变化，例如漂移管段宽度的变化，不仅可改变陷获模式的谐振频率，这些变化还可改变反射系数。提供模拟数据以表明由于漂移管段和谐振腔中的变化而导致的影响(例如，谐振频率和反射系数)。计算机模拟(包含空腔的工作模式即TM110模式的Ansoft高频结构模拟器[HFSS]本征解算器结果)是基于五腔带状束速调管设计，所述设计使用用于结构的无氧铜(OFC)且不使用意图在2.856GHz处操作的其它有损耗的材料。第三谐振腔210C的尺寸经调整以产生2.793GHz的谐振频率，且第四谐振腔210D的尺寸经调整以产生2.895GHz的谐振频率(即，对于TM110模式，在空腔高度214A或214E中的每mm变化时，谐振频率从近似40MHz 变化至45MHz)。空腔高度214A经改变使得频率对于用于模拟的不同配置不发生较大变化。在模拟中用于比较的基础漂移管段230A-230F的尺寸具有 150mm的漂移管宽度222和9mm的漂移管高度224，其中测量在第三谐振腔210C和第四谐振腔210D上进行。漂移管段空隙长度236B-D(通过谐振腔210A-D的中点界定)是56mm，除了漂移管段空隙长度236E(通过倒数第二个空腔210D与最后一个空腔210E之间的中点间距界定)较短。在模拟A和配置A中，第三谐振腔210C(第三空腔或空腔3)具有52.157mm的空腔高度214A和82.089mm的杠铃高度215，第四谐振腔210D(第四空腔或空腔4)具有50.205mm的空腔高度214A和74.359mm的杠铃高度215D，且第三和第四空腔210C-D具有凹入型结构，所述结构具有9mm的空腔长度216和6mm的凹入间隙长度217。第三和第四空腔的无载品质因数Qo分别为5270和5310，且R/Q为近似11.5(Ω)。对于模拟B和配置B，第四空腔类似于模拟A，且空腔三在没有凹入结构的情况下以7mm的空腔长度 216、56.549mm的空腔高度214A以及99.0mm的杠铃高度215重新设计。第三空腔的无载品质因数Qo为4880且R/Q为近似9.5Ω(没有凹入结构)。对于模拟C和配置C，第三空腔210C具有52.231mm的空腔高度214A和82.089mm的杠铃高度215(类似于模拟A)，第四谐振腔210D具有50.220 mm的空腔高度214A和74.359mm的杠铃高度215D(类似于模拟A)，且第三和第四空腔210C-D具有凹入型结构，所述结构具有9mm的空腔长度 216和6mm的凹入间隙长度217。第三和第四空腔210C-D之间的漂移管段 230D的漂移管段宽度222变化成153.3mm。第三和第四空腔的无载品质因数Qo分别为5250和5310(类似于模拟A)，且R/Q为近似11.5Ω(类似于模拟A)。对于模拟A-C，间隙耦合系数M为近似0.8。由将第三空腔210C 从凹入空腔改变成非凹入空腔和改变漂移管段宽度引起的无载品质因数Qo和R/Q中的最大变化对谐振腔的无载品质因数Qo和R/Q具有可忽略影响。
反射系数通过使用计算机模拟技术(CST)时域解算器并在漂移管段 230D的一端处注入信号来计算出，所述信号朝向谐振腔210D传播。四个不同模式TE10、TE20、TE30以及TE40被注入到波导中，表示漂移管段230D。图11A-11E说明针对从不同谐振腔和漂移管配置反射的各种注入模式反射系数的量值对频率的曲线图。图11A示出TE10的反射系数量值。图11B示出TE20的反射系数量值。图11C示出TE30的反射系数量值且图11D示出图 11C的展开曲线视图。图11E示出TE40的反射系数量值。Cav3凹入表示来自配置A的第三空腔，Cav4凹入表示来自配置A的第四空腔，Cav3非凹入表示来自配置B的第三空腔，且Cav3凹入153.3mm表示来自配置C的第三空腔。Cav3凹入加1mm表示第三空腔210C，所述第三空腔具有增加1mm 的空腔高度214A(例如，从52.157mm到配置D中的53.157mm)，但其它类似于配置A。如在不同结果中示出，反射系数与频率具有较强的相关性。一般来说，具有凹入特征的谐振腔具有较高R/Q和无载品质因数Qo(与没有凹入特征的谐振腔相比)以及较广的峰值，这意味着凹入空腔在较大频带上反射。在配置D中，其中第三空腔的空腔高度增加1mm，移位反射系数的峰值出现的位置，但空腔高度的变化还将工作模式的谐振频率从2.793 GHz改变成2.752GHz(41MHz的变化且对其它参数具有较小影响)。在配置C中，改变漂移管段宽度222还引起反射系数的峰值出现的位置的稍微移位(即，下降)，如图4D中所示。对没有凹入结构的第三空腔的影响最大，其中R/Q和Qo被修改，连同反射系数的量值的轻微变化(即，下降)，如在配置B中。
从图11A-11E中示出的结果来看且如上文论述，谐振腔在特定的频带上将来自所注入的TE模式的大部分入射场反射到波导中。在这些频率处的反射类似于使波导的末端为开放的或较短的，除了反射系数的量值为一，与频率无关(假设可忽略的欧姆损耗和在截止频率之上的波导)。如关于表达式 1所论述，矩形空腔通过在波导的末端处放置导体而形成。然而，由于阻抗变化，可从空腔产生反射。如果空腔位于矩形波导的末端处，那么形成另一空腔(即，漂移管段)。所述结构的非意图空腔通过意图空腔或谐振腔之间的漂移管段形成。
图12或表1说明谐振腔和漂移管段的不同配置的结果，所述结果包含谐振频率(以GHz为单位)、有载品质因数Ql(针对Cu)、使用谐振腔中的中间段(通过漂移管段空隙长度236D和空腔高度214A界定)的漂移管段的计算出的谐振频率以及使用谐振腔中的中间段和末端段(通过杠铃式特征和杠铃高度215和215D界定)的漂移管段的计算出的谐振频率，如下文更详细说明。在表1中，样本或案例1-6总结在意图空腔或谐振腔中操作的 TM110模式的各种结果。样本或案例7-15提供在通过漂移管段和谐振腔的不同排列形成的非意图空腔中操作的TE302模式的结果。为计算有载品质因数 Ql，对于谐振腔，模拟假设铜且不包含在漂移管段中的RF功率被背景模拟域吸收(在对模拟边界开放的漂移管的末端处使用完全匹配层[PML]边界)。
如从图11A-11E示出，接近与用于特定模式的空腔的谐振的具有高反射系数的模式可使得漂移管空腔具有高品质因数(Q)。反射系数的量值的最大值是峰量值。如表1(图12)中示出，约为1200及以上的Q可被认为是标称的(针对TE302模式)。降低模式的反射系数降低品质因数。为具有品质因数的至少33％的差异，Q需要在漂移管谐振处低于800，这在给出品质因数的33％的百分比差异的实例中是优选的。使用具有3.5的经验常数(α) 的表达式26或27，可改变反射系数，直到品质因数为近似800(Q～800)或从1200降低。如果两个反射系数的乘积(即，Γ1*Γ2)为近似0.97 (0.985*0.985＝0.97)，那么品质因数为近似800。反射系数乘积或0.97表示在Q中从1000开始的20％的变化，和从1200开始的33.3％的变化。0.985 反射系数还可表示为-0.13dB的反射系数。注意，0.98*.98(-.176dB)反射系数乘积将Q减少至～600，.975*.975(-.22dB)反射系数乘积将Q减少至～500，且.97*.97(-.265dB)反射系数乘积将Q减少至～400。如果反射系数保持相对较固定，那么品质因数对频率或漂移管段长度中的变化非常不敏感 (即，敏感性主要来自在表达式28中表示的1/(1-Γ1Γ2)因数)。
在具有包含至少三个谐振腔和至少两个漂移管段的真空电子装置的中空管结构的实例中，对于横向模式的至少一个漂移管段，来自每一横向模式的至少两个漂移管段的反射系数的峰量值在横向模式的漂移谐振频率下小于0.13dB，所述横向模式的谐振频率小于操作频率的两倍，且所述横向模式的谐振频率小于截止频率的两倍。
在具有包含至少三个谐振腔和至少两个漂移管段的真空电子装置的中空管结构的实例中，对于横向模式的至少一个漂移管段，来自漂移管段的每一端上的两个谐振腔的反射系数的量值的峰乘积(或反射系数乘积)对于横向模式小于0.97，所述横向模式的谐振频率小于操作频率的两倍，且所述横向模式的谐振频率小于截止频率的两倍。
案例10提供使用配置A的非意图空腔230D的TE302模式(即，寄生模式)的HFSS本征解算器模拟的结果。在模拟中，电场(E场)的y分量(即，沿着y轴)用以朝向漂移管壁反冲存在的电子。在案例10中，当将铜用于结构时，模拟给出4.072GHz的谐振频率和1000的有载品质因数 (1/Qo+1/Qe)-1。大品质因数(即，1000)指示通过漂移管段形成的非意图空腔相当强，且有可能对于(经由电子束)耦合到模式中的功率增长。案例10 有载品质因数(即，近似1000)与在谐振腔的工作模式(即，TM110模式) 中的谐振腔的品质因数(即，近似5000)处于同一数量级。对配置A中的漂移管段的谐振频率的粗略预测可使用表达式1来近似或估算。漂移管段宽度222提供‘a’的尺寸，且漂移管段高度224提供‘d’的尺寸。对于‘d’，可使用漂移管段空隙长度236A-F以及每一谐振腔的空腔高度214A的一半。对于案例10，使用中间段(即，空腔高度的一半)的漂移管段230D的计算出的谐振频率是4.100GHz。RF场中的一些还进入谐振腔的侧部分或区域(即，杠铃区域)中。对谐振频率的略微更准确预测可通过以下操作计算出：重复上述计算，但包含空腔高度计算的93％和由于侧区域导致的7％(按经验找到的公式)，从而给出谐振频率4.067GHz。使用中间段的漂移管段的计算出的谐振频率(Calc.Res.Freq.使用Mid.Sects.)和使用中间段和端部段的漂移管段的计算出的谐振频率(Calc.Res.Freq.使用Mid.和End Sects.)还可针对案例7-9和11-15产生。
案例1提供配置A中的第三谐振腔的结果，且案例2提供配置A中的第四谐振腔的结果。案例3提供配置B中的第三谐振腔的结果。案例4提供配置C中的第三谐振腔的结果，且案例5提供配置C中的第四谐振腔的结果。案例6提供配置D中的第三谐振腔的结果。
案例7(即，配置E)提供在第三与第四谐振腔之间的漂移管段的结果，其中第三和第四谐振腔都具有与配置A中的第三谐振腔类似的尺寸。在TE302模式案例(即，案例7-15)中，案例7具有最高有载品质因数Ql(即，1550)。如通过图11D所说明，TE302模式的谐振频率在形成非意图空腔的末端的谐振腔处的反射系数最大时出现。案例8(即，配置F)提供在第三与第四谐振腔之间的漂移管段的结果，其中第三和第四谐振腔都具有与配置D中的第三谐振腔类似的尺寸。
案例8仅将寄生模式(即，TE302模式)的谐振频率改变15MHz(即，来自案例7和8的4.047-4.032GHz)，但将工作模式(即，TM110模式)谐振频率改变41MHz(即，来自案例1和6的2.793-2.752GHz)。如通过案例8所示，谐振频率中的较小移动略微地移位有载品质因数Ql(即，从1550 至1300)。
案例9(即，配置G)提供在第三与第四谐振腔之间的漂移管段的结果，其中第三和第四谐振腔都具有与配置B中没有凹入结构的第三谐振腔类似的尺寸。在案例9中，谐振频率由于较大的空腔高度(即，56.549mm而非近似52.157mm)而改变82MHz(即，4.047-3.965GHz)。从图11D可见，漂移管段的反射系数峰值中的峰值降低(至少0.15dB)，从而产生低得多的270的有载品质因数。
如先前所论述，案例10提供在使用配置A的第三与第四谐振腔之间的漂移管段的结果。
案例11提供在使用配置D的第三与第四谐振腔之间的漂移管段的结果，所述结果类似于案例10，其中1mm添加到第三空腔的空腔高度。漂移管段的谐振频率中发生仅较小变化(即，8MHz＝4.067-4.059GHz)，尤其是当与意图空腔或谐振腔的谐振频率的变化(即，在案例1与6之间的41MHz＝ 2.793-2.752GHz)相比时。由于反射系数的变化，案例11具有与案例10的有载品质因数(即，1000)相比较低的有载品质因数(即，800)。
案例12(即，配置H)类似于案例11，但具有没有凹入结构的第三空腔，从而产生4.023GHz的谐振频率和170的有载品质因数。在偏移的反射系数(即，反射系数极少重叠)的情况下，有载品质因数降低。
对于案例13(即，配置I)，使用配置H，但其中漂移管段空隙长度(即，谐振腔之间的距离)减少1mm至55mm。漂移管段空隙长度的变化引起谐振频率增加17MHz(在案例12和13之间的4.040-4.023GHz)，这进一步将有载品质因数降低至150。较低的有载品质因数至少部分是因为从第三空腔损耗了比来自第四空腔中的增加的反射系数得到的更大的RF场或能量。
案例14提供在使用配置C的第三与第四谐振腔之间的漂移管段的结果。在案例14中，配置C类似于配置A，但两个谐振腔之间的漂移管段宽度增加3.3mm。漂移管段宽度的较小变化引起47MHz谐振频率变化(即，在案例10与14之间的4.067-4.020GHz)。如先前所论述，对于固定电子束，改变漂移管段宽度对真空电子装置(例如，速调管)的其它参数具有可忽略(即，非常小)的影响，从而使漂移管段宽度的变化成为改变通过漂移管段形成的非意图空腔的频率的非常高效的方式。对于案例14，谐振频率的47MHz变化引起品质因数从1000变成900的略微降低。
对于案例15(配置J)，使用配置H，但第三空腔201C的输入侧上的漂移管段230C(并非通过漂移管段230D形成的非意图空腔的一部分)变成 153.3mm(即，增加3.3mm)。漂移管段的谐振频率几乎未改变(在4.067GHz 处)，但将品质因数从1000改变成840。对于较低有载品质因数案例(例如，案例9、12以及13)的E场的量值，RF场从通过漂移管段形成的非意图空腔向外辐射。改变在非意图空腔(即，漂移管段)的末端处的漂移管段之间的反射系数还允许RF场从漂移管段向外辐射，且可用于降低总品质因数。如图所示，可进行多种结构变化以改变漂移管段的谐振频率。
还从表1所示(例如，案例13)，空腔之间的漂移管段空隙长度的变化还影响谐振频率。然而，漂移管段空隙长度的变化还可更改意图速调管(例如，谐振腔)的操作。修改空腔设计，例如从凹入结构变成没有凹入结构，也更改谐振频率。非凹入结构的影响由于不同的空腔高度导致(以产生类似的谐振频率)。然而，非凹入空腔还降低R/Q和无载品质因数Qo。添加具有大于一的相对介电常数或磁导率的材料还可改变或影响谐振频率。然而，在真空电子装置中使用不同的材料可更难以制造，尤其是在尺寸较小的较高频率下。
所描述的结构和设计参数可改变通过漂移管段形成的非意图空腔的谐振频率，以降低漂移管段彼此间具有的频率重叠以降低陷获模式中的增益，这在具有多个空腔的带状束速调管的设计中可为有益的，其中漂移管未截止。如所描述，许多机制和结构可改变漂移管段的谐振频率。例如，在SBK 中，对意图速调管操作(例如，谐振腔的谐振频率)具有最小影响的改变中的一个是改变漂移管段宽度。另外或替代地，改变谐振腔的形状，例如改变空腔宽度或在凹入特征或非凹入特征之间切换，或改变漂移管段空隙长度，也可改变漂移管段的谐振频率(但对其它参数的改变可比改变漂移管段宽度大得多)。这些其它改变可影响意图速调管的性能，但可为基于速调管设计的可接受折衷。
所描述的技术(例如，概念、原理、机制、结构、特征、参数、方法、系统以及装置)可减少、最小化、减小或在一些情况下甚至消除TE模式不稳定性的影响，所述TE模式不稳定性已损害带状束速调管的可用性。SBK 用作RF源的吸引力来自：由于增加的表面积导致的减少的能量和热密度；在束变更宽时可能的减少的电流密度；由减少的电流密度引起的减少的磁场、阴极负载和一些不稳定的减少；以及可能具有较低装置成本。使用所描述的技术有助于实现这些益处。
尽管在带状束速调管的情况下说明所论述的结构、特征以及参数，但类似的技术、结构、特征以及参数还可用于帮助抑制其它真空电子装置的寄生模式，例如扩展相互作用速调管(EIK)和相对论速调管放大器(RKA)。
尽管所述概念应用于特定实例(例如，在特定频率下)，但所述技术为更加通用的，且并不取决于在特定实例中论述的许多参数。所述技术并不取决于装置的频率，且可在任何频带上实施，尤其是在微波带中。所述技术与所使用的聚焦磁场的类型无关，且可用于电磁体(例如，螺线管)、永久磁体以及周期性磁体式聚焦。如针对带状束装置所示，可改变漂移管段宽度，对其它参数具有较小或可忽略影响。说明几何结构的实例未必是最佳的，而是用于说明。类似地，非意图空腔的谐振频率的变化还可通过以下操作获得：将具有大于一(1)的磁导率或介电常数的材料放置在漂移管段中以改变谐振频率，而非修改空腔壁，然而添加的另外的材料可使制造更加困难和昂贵。由于漂移管段中的材料导致的谐振频率的变化可通过观察表达式1中的磁导率和介电常数的相关性来看到。我们将改变材料以影响μ和/或ε，而非改变宽度a或长度d。所描述的技术可用于多个和扩展相互作用类型的空腔，所述空腔还可使用带状束。
在真空电子装置设计(例如SBK设计)期间，漂移管段宽度或漂移管段长度可根据上文的描述改变。
在实例中，具有用于减少横向电模式不稳定性的中空管构件的真空电子装置包含：至少两个谐振腔构件，所述构件用于使用电子束来放大信号，其中每一谐振腔构件包含沿着长轴的空腔宽度、沿着短轴的空腔高度以及沿着传播轴的空腔长度，且长轴基本上正交于短轴；至少一个漂移管段构件，所述构件用于分隔至少两个谐振腔构件，其中每一漂移管段构件包含沿着长轴的漂移管段宽度、沿着短轴的漂移管段高度以及沿着传播轴的漂移管段长度，且空腔高度大于漂移管段高度；至少一个漂移管段构件中的第一漂移管段构件，所述构件安置在至少两个谐振腔构件中的第一谐振腔构件与第二谐振腔构件之间；当中空管构件包含至少三个谐振腔构件和至少两个漂移管段构件时，至少两个漂移管段中的第二漂移管段构件安置在至少三个谐振腔中的第二谐振腔构件与第三谐振腔构件之间；以及用于改变至少一个漂移管段构件中的陷获模式的频率以使至少一个漂移管段构件中的陷获模式的振荡衰减的构件，或用于修改至少两个谐振腔构件的陷获模式的反射系数以从至少一个漂移管段构件向外辐射陷获模式的射频(RF)场的构件。
中空管构件的实例包含带状束速调管、相对论速调管以及扩展相互作用速调管。用于减轻横向电模式不稳定性的中空管构件的实例包含图5A-5I、 7-9、10A-10J的部分以及如上文所描述的相关联的结构和特征。
用于使用电子束放大信号的谐振腔构件的实例包含260A-E、310A-E、 312A-E以及如上文所描述的相关联的结构和特征。
用于分隔谐振腔构件的漂移管段构件的实例包含280B-E、290B-E、291B-E、320B-E、324B-E、325B-E、326B-E、327B-E以及如上文所描述的相关联的结构和特征。
用于改变漂移管段构件中的陷获模式(例如，横向电模式)的频率以使漂移管段构件中的陷获模式的振荡衰减的构件的实例包含各种漂移管宽度 282B-E、图5I-J和6A-F中示出的非均匀宽度、各种漂移管段长度286B-D、沿着至少一个内壁(例如，漂移管窄壁325B-E的短内壁或漂移管宽壁326B-E 或327B-E的长内壁)的不同的壁材料以及如上文所描述的相关联的结构和特征。
用于修改谐振腔构件的反射系数以从漂移管段构件向外辐射RF场的构件和用于降低漂移管段构件的品质因数(例如，有载品质因数)的构件的实例包含非凹入特征244、各种漂移管宽度282B-E、图5I-J和6A-F中示出的非均匀宽度、各种漂移管段长度286B-D、沿着至少一个内壁(例如，漂移管窄壁325B-E的短内壁或漂移管宽壁326B-E或327B-E的长内壁)的不同的壁材料以及如上文所描述的相关联的结构和特征。
在另一实例中，用于改变至少一个漂移管段构件中的陷获模式的频率的构件，或用于修改至少两个谐振腔构件的陷获模式的反射系数的构件，还包含：当中空管构件包含至少三个谐振腔构件和至少两个漂移管段构件时，基本上与第二漂移管段构件的漂移管段宽度不同的第一漂移管段构件的漂移管段宽度；或基本上与至少一个漂移管段的第二漂移管段宽度不同的至少一个漂移管段的第一漂移管段宽度；或当中空管构件包含至少三个谐振腔构件和至少两个漂移管段构件时，基本上与第二漂移管段构件的漂移管段长度不同的第一漂移管段构件的漂移管段长度，且第一漂移管段构件和第二漂移管段构件并不是倒数第二个谐振腔与最后一个谐振腔之间的漂移管；或当中空管构件包含至少三个谐振腔构件和至少两个漂移管段构件时，第二漂移管段构件包含沿着第二漂移管段构件的至少一个内壁的壁材料，且壁材料的电磁特性基本上与真空和中空管构件的其余部分的壁材料的磁导率和介电常数不同。
在另一实例中，用于改变至少一个漂移管段构件中的陷获模式的频率的构件还包含：第一漂移管段构件，所述构件用于产生第一漂移谐振陷获RF 场；第二漂移管段构件，所述构件用于产生第二漂移谐振陷获RF场；以及第一漂移谐振陷获RF场的峰值，所述峰值基本上与陷获模式的第二漂移谐振陷获RF场的峰值不同，所述陷获模式的谐振频率小于操作频率的两倍且所述陷获模式的谐振频率小于截止频率的两倍，且第一漂移管段构件和第二漂移管段构件并不是倒数第二个谐振腔与最后一个谐振腔之间的漂移管段。
在另一实例中，用于修改至少两个谐振腔构件的陷获模式的反射系数的构件还包含，用于降低至少一个漂移管段构件的陷获模式的有载品质因数的构件。
在本文中列举的所有参考文献通过特定的引用以其全文并入本文中。
尽管已根据特定实施方案描述特征、特性、结构、装置、方法以及系统，但所属领域的普通技术人员应容易地认识到，对特定实施方案的许多改变都是可能的，且任何变化因此应被认为在本文中公开的原理、概念以及范围内。因此，在不脱离原理、概念和随附的权利要求书的范围的情况下，所属领域的普通技术人员可进行许多修改。此外，所描述的特征、结构或特性可以合适的方式在一个或多个实施方案中组合。在先前的描述中，提供许多特定细节(例如，布局和设计的实例)以提供对本发明的实施方案的透彻理解。然而，所属领域的技术人员应认识到，本发明可在没有所述特定细节中的一个或多个的情况下实践，或用其它方法、组件、布局等实践。在其它实例中，未详细示出或描述众所周知的结构、组件或操作以免混淆本发明的方面。
在此书面公开内容之后的权利要求书特此明确地并入当前书面公开内容中，其中每一权利要求自身作为单独的实施方案。本公开包含独立权利要求与其从属权利要求的所有排列。此外，能够从随后的独立和从属权利要求衍生出的另外的实施方案也明确地并入当前的书面描述中。这些另外的实施方案通过用短语“以权利要求[x]开始并以紧靠在在此权利要求之前的权利要求结束的权利要求中的任一项”来替换给定的从属权利要求的从属性来确定，其中加括号的项“[x]”用最近列举的独立权利要求的号码替换。例如，对于以独立权利要求1开始的第一权利要求集，权利要求3可从属于权利要求 1和2中的任一项，其中这些单独的从属性产生两个不同的实施方案；权利要求4可从属于权利要求1、2或3中的任一项，其中这些单独的从属性产生三个不同的实施方案；权利要求5可从属于权利要求1、2、3或4中的任一项，其中这些单独的从属性产生四个不同的实施方案；等等。
在权利要求书中关于特征或元件列举术语“第一”未必暗示第二或另外的此类特征或元件的存在。贯穿此说明书提及“实例”或“实施方案”意味着，结合实例描述的特定的特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施方案中。因此，词语“实例”或“实施方案”在贯穿此说明书的各种位置中的出现未必都是指相同实施方案。以构件加功能格式具体列举的元件(如果存在)意图构造成涵盖本文中描述的对应的结构、材料或动作或其根据35U.S.C.§ 1126的等效物。要求排他特性或特权的本发明的实施方案如下文所界定。

Claims (40)

1.一种真空电子装置，所述真空电子装置包括：
中空管结构，所述中空管结构包括：
至少三个谐振腔，每一谐振腔包含沿着长轴的空腔宽度，沿着短轴的空腔高度，以及沿着传播轴的空腔长度，且所述长轴正交于所述短轴；
至少两个漂移管段，每一漂移管段包含沿着所述长轴的漂移管段宽度，沿着所述短轴的漂移管段高度，以及沿着所述传播轴的漂移管段长度，且所述空腔高度大于所述漂移管段高度；
所述至少两个漂移管段中的第一漂移管段安置在所述至少三个谐振腔中的第一谐振腔与第二谐振腔之间；
所述至少两个漂移管段中的第二漂移管段安置在所述至少三个谐振腔中的所述第二谐振腔与第三谐振腔之间；以及
所述第一漂移管段的漂移管段宽度与所述第二漂移管段的漂移管段宽度不同。
2.根据权利要求1所述的真空电子装置，其中对于每一漂移管段：
所述漂移管段宽度为所述漂移管段高度的至少两倍。
3.根据权利要求1所述的真空电子装置，其中所述第一漂移管段的所述漂移管段宽度至少比所述第二漂移管段的所述漂移管段宽度大0.3％。
4.根据权利要求1所述的真空电子装置，其中：
所述第一漂移管段经配置以产生第一漂移谐振射频(RF)场，且所述第二漂移管段经配置以产生第二漂移谐振RF场，且所述第一漂移谐振RF场的峰值与所述第二漂移谐振RF场的峰值相差横向模式的所述第一漂移谐振RF场的所述峰值的至少0.6％，所述横向模式的谐振频率小于操作频率的两倍，且所述横向模式的谐振频率小于截止频率的两倍，其中所述第一漂移管段和所述第二漂移管段并不是在倒数第二个谐振腔与最后一个谐振腔之间的漂移管段。
5.根据权利要求1所述的真空电子装置，其中：
所述第一漂移管段经配置以产生具有第一漂移带宽的第一漂移谐振射频(RF)场，且所述第二漂移管段经配置以产生具有第二漂移带宽的第二漂移谐振RF场，且所述第一漂移谐振RF场的峰值与所述第二漂移谐振RF场的峰值相差横向模式的所述第一漂移带宽和所述第二漂移带宽的总和的至少1.5倍，所述横向模式的谐振频率小于操作频率的两倍，且所述横向模式的谐振频率小于截止频率的两倍，其中所述第一漂移管段和所述第二漂移管段并不是在倒数第二个谐振腔与最后一个谐振腔之间的漂移管段。
6.根据权利要求5所述的真空电子装置，其中：
所述第一漂移带宽通过给出且所述第二漂移带宽通过
给出，其中是横向模式的所述第一漂移管段的谐振频率，是所述横向模式的所述第二漂移管段的谐振频率，是所述第一漂移管段的有载品质因数，且是所述第二漂移管段的有载品质因数。
7.根据权利要求1所述的真空电子装置，其中：
所述第一漂移管段的横向模式的第一漂移谐振频率通过
近似，其中μ1是复合磁导率且ε1是所述第一漂移管段中的材料的体积的复合磁介电常数；w1是所述漂移管段宽度；h1是所述漂移管段高度；且l1是所述第一漂移管段的所述漂移管段长度的近似，所述第一谐振腔的所述空腔高度的一半，所述第二谐振腔的所述空腔高度的一半，以及所述第一谐振腔、所述第一漂移管段以及所述第二谐振腔的特征的校正因数；且m、n以及p是表示所述横向模式的非负整数，且m和n并非都为零；且所述第二漂移管段的横向模式的第二漂移谐振频率通过
表示，其中μ2是复合磁导率且ε2是所述第二漂移管段中的材料的体积的复合磁介电常数；w2是所述漂移管段宽度；h2是所述漂移管段高度；且l2是所述第二漂移管段的所述漂移管段长度的近似，所述第二谐振腔的所述空腔高度的一半，所述第三谐振腔的所述空腔高度的一半，以及所述第二谐振腔、所述第二漂移管段以及所述第三谐振腔的特征的校正因数；且增量漂移谐振频率为每一横向模式的至少0.6％，所述横向模式的谐振频率小于操作频率的两倍，且所述横向模式的谐振频率小于截止频率的两倍，其中所述第一漂移管段和所述第二漂移管段并不是在倒数第二个谐振腔与最后一个谐振腔之间的漂移管段。
8.根据权利要求1所述的真空电子装置，其中：
所述第一漂移管段的横向模式的第一漂移谐振频率通过
近似，其中μ是复合磁导率且ε是漂移管段中的材料的体积的复合介电常数；w1是所述第一漂移管段的所述漂移管段宽度；h是所述漂移管段高度；且l是所述漂移管段的所述漂移管段长度的近似，在所述漂移管段的每一端上的所述谐振腔的空腔高度的一半，以及所述漂移管段和在所述漂移管段的每一端上的所述谐振腔的特征的校正因数；且m、n以及p是表示所述横向模式的非负整数，且m和n并非都为零，且所述第二漂移管段的横向模式的第二漂移谐振频率通过
表示，其中w2是所述第二漂移管段的所述漂移管段宽度，且增量漂移谐振频率是每一横向模式的至少0.6％，所述横向模式的谐振频率小于操作频率的两倍且所述横向模式的谐振频率小于截止频率的两倍，其中所述第一漂移管段和所述第二漂移管段并不是倒数第二个谐振腔与最后一个谐振腔之间的漂移管段。
9.根据权利要求1所述的真空电子装置，其中：
对于横向模式的至少一个漂移管段，来自每一横向模式的所述至少两个漂移管段的反射系数的峰量值在所述横向模式的漂移谐振频率下小于0.13分贝(dB)，所述横向模式的谐振频率小于操作频率的两倍，且所述横向模式的谐振频率小于截止频率的两倍。
10.根据权利要求1所述的真空电子装置，其中：
对于横向模式的至少一个漂移管段，来自所述漂移管段的每一端上的两个谐振腔的反射系数的量值的峰乘积小于横向模式的0.97，所述横向模式的谐振频率小于操作频率的两倍，且所述横向模式的谐振频率小于截止频率的两倍。
11.根据权利要求1所述的真空电子装置，其中：
所述至少两个漂移管段具有立方体形状或椭圆柱形状。
12.根据权利要求1所述的真空电子装置，其中：
所述真空电子装置包含带状束速调管。
13.根据权利要求1所述的真空电子装置，所述真空电子装置还包括：
电子枪组合件，所述电子枪组合件沿着所述传播轴耦合到所述中空管结构的第一端；以及
收集极组合件，所述收集极组合件沿着所述传播轴耦合到所述中空管结构的第二端。
14.根据权利要求13所述的真空电子装置，所述真空电子装置还包括：
磁聚焦组合件，所述磁聚焦组合件围绕所述中空管结构的至少一部分、经配置以使电子束聚焦。
15.根据权利要求14所述的真空电子装置，其中所述磁聚焦组合件包含永久磁体、周期性永久磁体或电磁体。
16.根据权利要求1所述的真空电子装置，其中所述中空管结构还包括：
所述至少两个漂移管段中的第三漂移管段沿着所述传播轴安置在所述至少三个谐振腔中的所述第三谐振腔与第四谐振腔之间；以及
所述第三漂移管段的漂移管段宽度与所述第一漂移管段的所述漂移管段宽度和所述第二漂移管段的所述漂移管段宽度不同。
17.根据权利要求16所述的真空电子装置，其中：
所述第三漂移管段的所述漂移管段宽度与所述第一漂移管段的所述漂移管段宽度相差至少0.3％或与所述第二漂移管段的所述漂移管段宽度相差至少0.3％。
18.根据权利要求16所述的真空电子装置，其中：
所述第三漂移管段经配置以产生所述第三漂移管段的横向模式的第三漂移谐振频率，且所述第三漂移谐振频率与第一漂移谐振频率相差所述第三漂移谐振频率的至少0.7％，且与第二漂移谐振频率相差所述第三漂移谐振频率的至少0.6％。
19.根据权利要求1所述的真空电子装置，其中：
所述至少三个谐振腔中的至少一个包含凹入特征。
20.根据权利要求1所述的真空电子装置，其中：
所述至少三个谐振腔中的至少一个包含凹入特征，且所述至少三个谐振腔中的至少一个包含非凹入特征。
21.根据权利要求1所述的真空电子装置，其中：
所述至少三个谐振腔中的至少一个包含非凹入特征，且没有凹入特征的每一谐振腔被称为非凹入谐振腔。
22.根据权利要求21所述的真空电子装置，其中：
用具有非凹入特征的谐振腔形成的至少一个漂移管段的有载品质因数比通过具有凹入特征的谐振腔形成的类似漂移管段的有载品质因数小至少20％。
23.根据权利要求1所述的真空电子装置，其中：
所述至少三个谐振腔中的至少一个包含选自由以下各项组成的群组的带状束式空腔：杠铃式空腔、哑铃式空腔、H型块式空腔、规则立方体空腔、带槽脊波导以及交叉孔口式空腔。
24.根据权利要求1所述的真空电子装置，其中：
所述空腔宽度大于所述漂移管段宽度。
25.根据权利要求1所述的真空电子装置，其中：
所述空腔宽度为所述空腔高度的至少两倍。
26.一种真空电子装置，所述真空电子装置包括：
中空管结构，所述中空管结构包括：
至少两个谐振腔，每一谐振腔包含沿着长轴的空腔宽度，沿着短轴的空腔高度，以及沿着传播轴的空腔长度，且所述长轴正交于所述短轴；
在漂移管中的至少一个漂移管段，所述漂移管段包含沿着所述长轴的至少两个漂移管段宽度，沿着所述短轴的漂移管段高度，以及沿着所述传播轴的漂移管段长度，所述空腔高度大于所述漂移管段高度；
所述至少一个漂移管段中的第一漂移管段安置在所述至少两个谐振腔中的第一谐振腔与第二谐振腔之间；以及
所述至少一个漂移管段的第一漂移管段宽度与所述至少一个漂移管段的第二漂移管段宽度不同。
27.根据权利要求26所述的真空电子装置，其中：
所述第一漂移管段宽度和所述第二漂移管段宽度各自为所述漂移管段高度的至少两倍。
28.根据权利要求26所述的真空电子装置，其中：
所述至少一个漂移管段具有梯形形状、双阶梯形状、指数形状、多项式形状、线性形状或沿着通过所述长轴和所述传播轴形成的平面的分段组合。
29.根据权利要求26所述的真空电子装置，其中：
所述第一漂移管段宽度比所述第二漂移管段宽度大至少0.3％。
30.一种真空电子装置，所述真空电子装置包括：
中空管结构，所述中空管结构包括：
至少三个谐振腔，每一谐振腔包含沿着长轴的空腔宽度，沿着短轴的空腔高度，以及沿着传播轴的空腔长度，且所述长轴正交于所述短轴；
至少两个漂移管段，每一漂移管段包含沿着所述长轴的漂移管段宽度，沿着所述短轴的漂移管段高度，以及沿着所述传播轴的漂移管段长度，且所述空腔高度大于所述漂移管段高度；
所述至少两个漂移管段中的第一漂移管段安置在所述至少三个谐振腔中的第一谐振腔与第二谐振腔之间；
所述至少两个漂移管段中的第二漂移管段安置在所述至少三个谐振腔中的所述第二谐振腔与第三谐振腔之间；以及
所述第一漂移管段的漂移管段长度与所述第二漂移管段的漂移管段长度不同，其中所述第一漂移管段和所述第二漂移管段并不是倒数第二个谐振腔与最后一个谐振腔之间的漂移管。
31.根据权利要求30所述的真空电子装置，其中：
对于每一漂移管段，所述漂移管段宽度为所述漂移管段高度的至少两倍。
32.根据权利要求30所述的真空电子装置，其中：
所述第一漂移管段的所述漂移管段长度比所述第二漂移管段的所述漂移管段宽度大0.7％至15％。
33.根据权利要求30所述的真空电子装置，其中：
所述第一谐振腔、所述第二谐振腔以及所述第三谐振腔不是输出谐振腔。
34.根据权利要求30所述的真空电子装置，其中：
所述第一漂移管段经配置以产生第一漂移谐振射频(RF)场，且所述第二漂移管段经配置以产生第二漂移谐振RF场，且所述第一漂移谐振RF场的峰值与所述第二漂移谐振RF场的峰值相差横向模式的所述第一漂移谐振RF场的所述峰值的至少0.6％，所述横向模式的谐振频率小于操作频率的两倍，且所述横向模式的谐振频率小于截止频率的两倍。
35.根据权利要求30所述的真空电子装置，其中：
所述第一漂移管段的横向模式的第一漂移谐振频率通过
近似，其中μ1是复合磁导率且ε1是所述第一漂移管段中的材料的体积的复合磁介电常数；w1是所述漂移管段宽度；h1是所述漂移管段高度；且l1是所述第一漂移管段的所述漂移管段长度的近似，所述第一谐振腔的所述空腔高度的一半，所述第二谐振腔的所述空腔高度的一半，以及所述第一谐振腔、所述第一漂移管段以及所述第二谐振腔的特征的校正因数；且m、n以及p是表示所述横向模式的非负整数，且m和n并非都为零；且所述第二漂移管段的横向模式的第二漂移谐振频率通过
表示，其中μ2是复合磁导率且ε2是所述第二漂移管段中的材料的体积的复合磁介电常数；w2是所述漂移管段宽度；h2是所述漂移管段高度；且l2是所述第二漂移管段的所述漂移管段长度的近似，所述第二谐振腔的所述空腔高度的一半，所述第三谐振腔的所述空腔高度的一半，以及所述第二谐振腔、所述第二漂移管段以及所述第三谐振腔的特征的校正因数；且增量漂移谐振频率为横向模式的至少0.6％，所述横向模式的谐振频率小于操作频率的两倍，且所述横向模式的谐振频率小于截止频率的两倍。
36.根据权利要求30所述的真空电子装置，其中：
所述第一漂移管段经配置以产生具有第一漂移带宽的第一漂移谐振射频(RF)场，所述第一漂移带宽通过给出，且所述第二漂移管段经配置以产生具有第二漂移带宽的第二漂移谐振RF场，其中是横向模式的所述第一漂移管段的谐振频率，是所述横向模式的所述第二漂移管段的谐振频率，是所述第一漂移管段的有载品质因数，且是所述第二漂移管段的有载品质因数，且所述第一漂移谐振RF场的峰值与所述第二漂移谐振RF场的峰值相差横向模式的所述第一漂移带宽和所述第二漂移带宽的总和的至少1.5倍，所述横向模式的谐振频率小于操作频率的两倍且所述横向模式的谐振频率小于截止频率的两倍，其中所述第一漂移管段和所述第二漂移管段并不是倒数第二个谐振腔与最后一个谐振腔之间的漂移管段。
37.一种真空电子装置，所述真空电子装置包括：
中空管结构，所述中空管结构包括：
至少三个谐振腔，每一谐振腔包含沿着长轴的空腔宽度，沿着短轴的空腔高度，以及沿着传播轴的空腔长度，且所述长轴正交于所述短轴；
在漂移管中包含漂移管材料的至少两个漂移管段，每一漂移管段包含沿着所述长轴的漂移管段宽度，沿着所述短轴的漂移管段高度，以及沿着所述传播轴的漂移管段长度，且所述空腔高度大于所述漂移管段高度；
所述至少两个漂移管段中的第一漂移管段沿着所述传播轴安置在所述至少三个谐振腔中的第一谐振腔与第二谐振腔之间；
所述至少两个漂移管段中的第二漂移管段沿着所述传播轴安置在所述至少三个谐振腔中的所述第二谐振腔与第三谐振腔之间，且所述第二漂移管段包含沿着所述第二漂移管段的至少一个内壁的壁材料；
其中所述壁材料的电磁特性与真空和所述中空管结构的其余部分的壁材料的磁导率和介电常数不同。
38.根据权利要求37所述的真空电子装置，其中：
至少一个内壁包含沿着所述短轴的短内壁或沿着所述长轴的长内壁。
39.根据权利要求37所述的真空电子装置，其中：
所述第一漂移管段的横向模式的第一漂移谐振频率通过
近似，其中μ1是复合磁导率且ε1是所述第一漂移管段中的材料的体积的复合磁介电常数；w1是所述漂移管段宽度；h1是所述漂移管段高度；且l1是所述第一漂移管段的所述漂移管段长度的近似，所述第一谐振腔的所述空腔高度的一半，所述第二谐振腔的所述空腔高度的一半，以及所述第一谐振腔、所述第一漂移管段以及所述第二谐振腔的特征的校正因数；且m、n以及p是表示所述横向模式的非负整数，且m和n并非都为零；且所述第二漂移管段的横向模式的第二漂移谐振频率通过
表示，其中μ2是磁导率且ε2是所述第二漂移管段中的材料的体积；w2是所述漂移管段宽度；h2是所述漂移管段高度；且l2是所述第二漂移管段的所述漂移管段长度的近似，所述第二谐振腔的所述空腔高度的一半，所述第三谐振腔的所述空腔高度的一半，以及所述第二谐振腔、所述第二漂移管段以及所述第三谐振腔的特征的校正因数；且增量漂移谐振频率为横向模式的至少0.6％，所述横向模式的谐振频率小于操作频率的两倍，且所述横向模式的谐振频率小于截止频率的两倍，其中所述第一漂移管段和所述第二漂移管段并不是在倒数第二个谐振腔与最后一个谐振腔之间的管段。
40.根据权利要求37所述的真空电子装置，其中：
所述第一漂移管段经配置以产生具有第一漂移带宽的第一漂移谐振射频(RF)场，所述第一漂移带宽通过给出，且所述第二漂移管段经配置以产生具有第二漂移带宽的第二漂移谐振RF场，其中是横向模式的所述第一漂移管段的谐振频率，是所述横向模式的所述第二漂移管段的谐振频率，是所述第一漂移管段的有载品质因数，且是所述第二漂移管段的有载品质因数，且所述第一漂移谐振RF场的峰值与所述第二漂移谐振RF场的峰值相差横向模式的所述第一漂移带宽和所述第二漂移带宽的总和的至少1.5倍，所述横向模式的谐振频率小于操作频率的两倍且所述横向模式的谐振频率小于截止频率的两倍，其中所述第一漂移管段和所述第二漂移管段并不是倒数第二个谐振腔与最后一个谐振腔之间的漂移管段。
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