CN109755084B - X波段双模多注速调管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种X波段双模多注速调管，它包括：双控制极6注电子枪(1)，与双控制极6注电子枪(1)相连的6注谐振腔(2)，与6注谐振腔(2)相连的大功率6注紊流液冷收集极(3)；与谐振腔(2)中的输入谐振腔(2‑1)和输出谐振腔(2‑3)相连的波导输入和输出输能装置(4)；6注谐振腔(2)外周均安装有永磁聚焦系统(5)。本发明提供的X波段双模多注速调管，结构设计合理，工作电压低，功率大，可连续波脉冲双模工作，电子效率高、收集极效率高和总效率高，性能稳定。

Description

X波段双模多注速调管

技术领域

本发明涉及一种速调管，具体涉及一种大功率，多电子注，脉冲、连续波双模工作，高可靠X波段速调管。

背景技术

大功率速调管作为雷达系统中微波放大链的末级功率放大器，是其核心部件。为了雷达提高作用距离，增加跟踪目标数量及多任务要求，迫切需求开发一种大功率，脉冲大工作比，双模工作的X波段速调管。

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X波段双模多注的速调管。

技术方案：为了实现以上目的，本发明所采取的技术方案为:

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种结构设计合理，工作电压低，功率大，可连续波脉冲双模工作的X波段速调管。

本发明采用多腔高频电路结构，对设计参数进行进一步优化选取，通过采用高次模式谐振腔方式，增加了X波段速调管的体积，成倍提高了速调管输出功率，并增加了散热面积，提高工作的可靠性；采用均匀永磁聚焦系统保证高的电子注流通率，减小腔流；输入矩形波导窗，保证低的电压驻波比和高的输出功率；采用双层水套紊流设计液冷收集极，大大提高了收集极的散热能力。本发明提供的X波段高效率、大功率、高可靠双模速调管是一种性能优越，创新性强，是一种可适用于照射制导雷达应用的双模速调管。

为了实现以上目的：本发明采取的技术方案为：

一种X波段双模多注速调管，它包括：双控制极6注电子枪，与双控制极6注电子枪相连的6注谐振腔，与6注谐振腔相连的大功率6注紊流液冷收集极；谐振腔中的输入谐振腔和输出谐振腔与波导输入和输出输能装置相连；所述的的6注谐振腔外周均安装有永磁聚焦系统。

所述的双控制极6注电子枪包括双层枪壳，安装在双层枪壳内部的电子枪瓷环，内绝缘瓷环，6套绝缘瓷座，6套外控制器、6套内控制器，6套热丝组件，6套阴极组件和6套屏蔽筒；

所述的内绝缘瓷环采用氩弧焊的方式安装在电子枪瓷环上，外控制器采用激光焊接的方式固定在电子枪瓷环上，绝缘瓷座与外控制器采用激光焊的方式连接，内控制器与电子枪瓷环采用钎焊的方式进行连接，屏蔽筒采用激光焊接方式与绝缘瓷座和阴极组件连接，热丝组件通过激光焊接的方式与阴极组件连接。这种双控制极6注电子枪具有的优点为(1)通过改变双控制极上的电压，形成不同的电子注，使同一速调管具备脉冲、连续波两种工作模式；(2)相同输出功率下提高工作电流，降低工作电压，提高工作的可靠性；(3)与传统单控制极相比，采用本发明的双控制极技术，控制极电压下降了1.5kV左右，降低了控制极电源的设计难度，取得了很好的技术进步。

所述的电子枪瓷环上设有抽气口；排气时直接从放气最大的电子枪处抽气，能及时将阴极分解和激活时的放气抽去，提高管内的真空度。同时，采用该电子枪结构后，可大大缩短阴极支撑件长度，提高电子枪抗振动能力，取得了很好的技术效果。

所述的阴极组件包括阴极发射体、阴极支撑筒、内阴极筒、外阴极筒；所述的内阴极筒通过机械扩张的喇叭状结构固定在阴极发射体内部，外阴极筒固定在阴极发射体外部的环形槽，阴极支撑筒通过激光焊接的方式与外阴极筒实现可靠连接。这种连接方式可避免高温焊接对阴极可能造成的损伤。同时利用内外阴极筒将阴极内侧面及外侧面有效遮挡，抑制阴极不必要的侧面发射，提高阴极发射出电子的质量，有利于提高电子注流通率和电子效率。

所述的阴极发射体为空心环状球面阴极；可增大发射面积,降低阴极发射电流密度,从而可降低阴极负载。同时，每个电子注均采用完全独立的热子组件,可大大降低热子工作电流负荷。因此,采用这种电子枪结构可大大提高多注速调管的工作寿命和稳定性。

其中外控制器采用双体设计，靠近阴极组件的部分采用钼材料加工制成，靠近绝缘瓷座部分采用导热性能好的铜合金加工制成。这种双体设计可以取得的优点和进步为：可大大降低控制极的温度，减小控制极的热发射电流，从而提高电子注质量，同时也提高控制极与阳极之间的耐压能力。

为实现多注速调管长寿命、高可靠，选取尽可能小的阴极负荷同时优化选择阴极的工作温度，能够显著降低阴极表面发射活性物质的蒸发速度，同时减缓阴极表面膜层的退化速度，从而延长阴极的寿命。

作为优选方案，以上所述的X波段双模多注速调管，所述的谐振腔为TM₃₁₀高次模谐振腔同轴谐振腔，它包括安装在谐振腔两端的电子枪瓷屏蔽和收集极瓷屏，位于谐振腔中间的输入谐振腔、中间谐振腔和输出谐振腔，安装在谐振腔内的6个漂移管；所述的谐振腔的隔板中间加工有水槽，可将冷却液引入漂移管根部对漂移管进行散热，提高漂移管的可靠性及工作稳定性，可降低“温度调谐”效应。

其中所述的漂移管采用铜包钼结构；且在谐振腔的6个电子注通道漂移管的管头之间电场为零放置增设有6个漂移管。使两种模式谐振频率间隔由43MHz，增大至403MHz，大大降低了模式竞争和管子高频振荡的可能，使速调管工作更稳定。谐振腔的互作用计算结果曲线如图8。

作为优选方案，以上所述的X波段双模多注速调管，所述的紊流液冷收集极包括无氧铜收集极套，安装在无氧铜收集极套内的外水套，安装在外水套内部的内水套，安装在内水套内的收集极芯，安装在无氧铜收集极套侧边上的收集极瓷环和定位环；

所述的收集极芯外表面上加工有轴向和径向的水槽，轴向水槽用于提高冷却液流速，径向使冷却液在流动时形成乱流，防止冷却液局部过热汽化，提高单位面积的散热能力。

本发明采用无氧铜加工收集极套，可大大提高焊接可靠性。另外本发明采用6个独立的收集极的设计，可增大收集极的散热面积，同时电子注在收集极内部分布更均匀，可防止收集极局部过热。

本发明所述的X波段双模多注速调管，波导输入和输出输能装置包括法兰盘，焊接在法兰盘上的输入波导和输出波导，开设在输入波导和输出波导上的矩形氧化铍陶瓷窗。输入波导与输入谐振腔相连，输出波导与输出谐振腔相连。

本发明的输能系统有以下优点：(1)利用氧化铍陶瓷导热系数大的优点，提高窗片在大功率工作时的可靠性。(2)采用矩形波导窗，整个输能系统结构简单，紧凑。(3)输入、输出波导焊接在同一法兰盘上，结构上牢固可靠。CST电磁工作室软件仿真计算的输能结构驻波结果如曲线图9。

本发明所述的永磁聚焦系统为均匀永磁聚焦系统，采用低温度系数的铝镍钴磁钢制成；铝镍钴磁钢四周采用铝板进行封装。利用三维磁系统仿真软件Maxwell计算聚焦系统的曲线如图10。本发明采用聚焦系统有以下优点：

(1)采用均匀永磁聚焦系统，既可以获得高流通率，又不必额外消耗能量。

(2)使用低温度系数的铝镍钴磁钢，可提高磁系统工作稳定性，特别是铝镍钴磁钢可以实现无磁安装，安装后充磁，安装安全、方便。

(3)磁钢四周由铝进行封装，提高结构上抗振动、耐冲击能力。

有益效果：本发明提供的X波段双模多注速调管与现有技术相比具有以下优点：

本发明提供的X波段双模多注速调管，结构设计合理，性能稳定，本发明采用内、外双控制极，一方面可降低控制极截止电压，另一方面可通过改变控制极电压对电子枪的工作状态进行控制，在单一器件内实现连续波、脉冲两种工作模式。内阴极筒通过机械扩张的喇叭状结构固定在阴极发射体内部，外阴极筒通过机械挤压变形固定在阴极发射体外部的环形槽，阴极支撑筒通过激光焊接的方式与外阴极筒实现可靠连接。采用该新型工艺，可避免高温焊接对阴极造成的损伤。同时利用内外阴极筒将阴极内侧面及外侧面有效遮挡，抑制阴极不必要的侧面发射，提高阴极发射出电子的质量，有利于提高电子注流通率和输出功率。

并且本发明根据大量的工程计算及CAD计算与结构设计，通过设计一种内外双控制极6注电子枪，使得电子枪实现高导流系数脉冲状态及小导流系数连续波状态两种工作模式。本发明通过采用6注TM₃₁₀高次模式谐振腔，可增加高频率速调管的腔体体积，有利于实现大功率输出，以及高功率工作下的散热。并通过采用6注双层水套紊流设计收集极，可大大增加散热面积及单位面积散热能力。

附图说明

图1为本发明提供的双控制极电子枪的结构示意图。

图2为本发明提供的谐振腔的结构示意图。

图3为本发明提供的收集极的结构示意图。

图4为本发明提供的波导输入和输出输能装置的结构示意图。

图5为本发明提供的永磁聚焦系统的结构示意图。

图6是本发明提供的X波段双模多注速调管的结构示意图。

图7是本发明提供的X波段双模多注速调管的的结构示意图。

图8是本发明提供的X波段双模多注速调管中的谐振腔的互作用计算结果曲线图。

图9是本发明提供的CST电磁工作室软件仿真计算的输能结构驻波结果的曲线图。

图10是利用三维磁系统仿真软件Maxwell计算聚焦系统的曲线图。

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7所示，一种X波段双模多注速调管，它包括：双控制极6注电子枪1，与双控制极6注电子枪1相连的6注谐振腔2，与6注谐振腔2相连的大功率6注紊流液冷收集极3；谐振腔2中的输入谐振腔2-1和输出谐振腔2-3与波导输入和输出输能装置4相连；所述的的6注谐振腔2外周均安装有永磁聚焦系统5。

所述的双控制极6注电子枪1包括双层枪壳，安装在双层枪壳内部的电子枪瓷环1-1，内绝缘瓷1-2，6套绝缘瓷座1-3，6套外控制器1-4、6套内控制器1-5，6套热丝组件1-6，6套阴极组件1-7和6套屏蔽筒1-8；

所述的内绝缘瓷环1-2采用氩弧焊的方式安装在电子枪瓷环1-1上，外控制器1-4采用激光焊接的方式固定在电子枪瓷环1-1上，绝缘瓷座1-3与外控制器1-4采用激光焊的方式连接，内控制器1-5与电子枪瓷环1-1采用钎焊的方式进行连接，屏蔽筒1-8采用激光焊接方式与绝缘瓷座1-3和阴极组件1-7连接，热丝组件1-6通过激光焊接的方式与阴极组件1-7连接。

所述的电子枪瓷环1-1上设有抽气口；

所述的阴极组件1-7包括阴极发射体、阴极支撑筒、内阴极筒、外阴极筒；所述的内阴极筒通过机械扩张的喇叭状结构固定在阴极发射体内部，外阴极筒固定在阴极发射体外部的环形槽，阴极支撑筒通过激光焊接的方式与外阴极筒连接。

所述的阴极发射体为空心环状球面阴极；

外控制器1-4采用双体设计，靠近阴极组件1-7的部分采用钼材料加工制成，靠近绝缘瓷座1-3部分采用导热性能好的铜合金加工制成。

以上所述的X波段双模多注速调管，所述的谐振腔2为高次模同轴谐振腔，它包括安装在谐振腔两端的电子枪瓷屏蔽2-4和收集极瓷屏2-5，位于谐振腔中间的输入谐振腔2-1、中间谐振腔2-2和输出谐振腔2-3，安装在谐振腔内的6个漂移管2-6；所述的谐振腔(2)的隔板中间加工有水槽，可将冷却液引入漂移管根部对漂移管进行散热，提高漂移管的可靠性及工作稳定性。

以上所述的X波段双模多注速调管，所述的谐振腔2采用TM₃₁₀高次模谐振腔；所述的漂移管采用铜包钼结构；且在谐振腔的6个电子注通道漂移管2-6的管头之间电场为零放置增设有6个漂移管。

以上所述的X波段双模多注速调管，所述的紊流液冷收集极3包括无氧铜收集极套，安装在无氧铜收集极套内的外水套3-1，安装在外水套3-1内部的内水套3-2，安装在内水套3-2内的收集极芯3-3，安装在无氧铜收集极套侧边上的收集极瓷环3-4和定位环3-5；

所述的收集极芯3-3外表面上加工有轴向和径向的水槽，轴向水槽用于提高冷却液流速，径向使冷却液在流动时形成乱流，防止冷却液局部过热汽化，提高单位面积的散热能力。

以上所述的X波段双模多注速调管，波导输入和输出输能装置4包括法兰盘4-1，焊接在法兰盘4-1上的输入波导4-2和输出波导4-3，开设在输入波导4-2和输出波导4-3上的矩形氧化铍陶瓷窗4-4；

输入波导4-2与输入谐振腔2-1相连，输出波导4-3与输出谐振腔2-3相连。

以上所述的X波段双模多注速调管，所述的永磁聚焦系统5为均匀永磁聚焦系统，采用低温度系数的铝镍钴磁钢制成；铝镍钴磁钢四周采用铝板进行封装。

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 (6)

1.一种X波段双模多注速调管，其特征在于，它包括：双控制极6注电子枪（1），与双控制极6注电子枪（1）相连的6注谐振腔（2），与6注谐振腔（2）相连的大功率6注紊流液冷收集极（3）；谐振腔（2）中的输入谐振腔（2-1）和输出谐振腔（2-3）与波导输入和输出输能装置（4）相连；所述的6注谐振腔（2）外周均安装有永磁聚焦系统（5）；

所述的双控制极6注电子枪（1）包括双层枪壳，安装在双层枪壳内部的电子枪瓷环（1-1），内绝缘瓷环（1-2），6套绝缘瓷座（1-3），6套外控制器（1-4）、6套内控制器（1-5），6套热丝组件（1-6），6套阴极组件（1-7）和6套屏蔽筒（1-8）；

所述的内绝缘瓷环（1-2）采用氩弧焊的方式安装在电子枪瓷环（1-1）上，外控制器（1-4）采用激光焊接的方式固定在电子枪瓷环（1-1）上，绝缘瓷座（1-3）与外控制器（1-4）采用激光焊的方式连接，内控制器（1-5）与电子枪瓷环（1-1）采用钎焊的方式进行连接，屏蔽筒（1-8）采用激光焊接方式与绝缘瓷座（1-3）和阴极组件（1-7）连接，热丝组件（1-6）通过激光焊接的方式与阴极组件（1-7）连接；

所述的电子枪瓷环（1-1）上设有抽气口；

所述的阴极组件（1-7）包括阴极发射体、阴极支撑筒、内阴极筒、外阴极筒；所述的内阴极筒通过机械扩张的喇叭状结构固定在阴极发射体内部，外阴极筒固定在阴极发射体外部的环形槽，阴极支撑筒通过激光焊接的方式与外阴极筒连接；

所述的阴极发射体为空心环状球面阴极；

外控制器（1-4）采用双体设计，靠近阴极组件（1-7）的部分采用钼材料加工制成，靠近绝缘瓷座（1-3）部分采用导热性能好的铜合金加工制成。

2.根据权利要求1所述的X波段双模多注速调管，其特征在于，所述的谐振腔（2）为高次模同轴谐振腔，它包括安装在谐振腔两端的电子枪瓷屏蔽（2-4）和收集极瓷屏（2-5），位于谐振腔中间的输入谐振腔（2-1）、中间谐振腔（2-2）和输出谐振腔（2-3），安装在谐振腔内的6个漂移管（2-6）；所述的谐振腔（2）的隔板中间加工有水槽，可将冷却液引入漂移管根部对漂移管进行散热，提高漂移管的可靠性及工作稳定性。

3.根据权利要求2所述的X波段双模多注速调管，其特征在于，所述的谐振腔（2）采用TM₃₁₀高次模谐振腔；所述的漂移管采用铜包钼结构；且在谐振腔的6个电子注通道漂移管（2-6）的管头之间电场为零放置增设有6个漂移管。

4.根据权利要求1所述的X波段双模多注速调管，其特征在于，所述的紊流液冷收集极（3）包括无氧铜收集极套，安装在无氧铜收集极套内的外水套（3-1），安装在外水套（3-1）内部的内水套（3-2），安装在内水套（3-2）内的收集极芯（3-3），安装在无氧铜收集极套侧边上的收集极瓷环（3-4）和定位环（3-5）；

所述的收集极芯（3-3）外表面上加工有轴向和径向的水槽，轴向水槽用于提高冷却液流速，径向水槽使冷却液在流动时形成乱流，防止冷却液局部过热汽化，提高单位面积的散热能力。

5.根据权利要求1所述的X波段双模多注速调管，其特征在于，波导输入和输出输能装置（4）包括法兰盘（4-1），焊接在法兰盘（4-1）上的输入波导（4-2）和输出波导（4-3），开设在输入波导（4-2）和输出波导（4-3）上的矩形氧化铍陶瓷窗（4-4）；

输入波导（4-2）与输入谐振腔（2-1）相连，输出波导（4-3）与输出谐振腔（2-3）相连。

6.根据权利要求1所述的X波段双模多注速调管，其特征在于，所述的永磁聚焦系统（5）为均匀永磁聚焦系统，采用低温度系数的铝镍钴磁钢制成；铝镍钴磁钢四周采用铝板进行封装。

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