CN109786191A - 一种速调管非对称输出腔结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种速调管非对称输出腔结构，该结构包括：漂移管、输出腔、和直波导，其中输出腔与漂移管不同轴设置，所述输出腔轴线位于远离所述直波导一侧，即输出腔相对漂移管在其外部是偏心分布的、非对称的。这一非对称结构有利于消除耦合孔引起的腔体内电磁场畸变，使电子束经过输出腔间隙时，受到的电场强度是关于漂移管中心轴对称分布的，进而保证速调管在运行过程中高频放大信号的稳定输出。此外，本发明提供的速调管非对称腔结构可以根据速调管的不同参数匹配具有不同尺寸耦合孔的耦合孔膜片和不同尺寸的直波导，有利于提高速调管的输出功率。

Description

一种速调管非对称输出腔结构

技术领域

本发明涉及微波电子学技术领域，更具体地，涉及一种速调管非对称输出腔结构。

背景技术

大功率速调管是一种基于速度调制原理将电子注能量转换成微波能量的微波真空器件,它具有高功率、高增益、高效率、高稳定性和长寿命等优点。速调管由电子枪、高频互作用段、高频输入和输出系统、聚焦系统、收集极等部分组成。其中，高频互作用段的输出腔是将被放大的微波信号输出到传输线的重要部件。

现有速调管的重入式输出腔需要通过耦合孔与外部系统进行耦合，而耦合孔的引入使得腔的几何结构不再对称，导致谐振腔内的电磁场产生畸变，磁场受到扰动，电场分布不对称且角向场不均匀，如图1所示。在大功率速调管中，输出腔的间隙电压最大，电场在谐振腔中的不均匀分布会导致电子注与高频场的互作用效率降低，从而影响整管的性能指标。

因此需要提供一种的新的速调管输出腔结构，解决上述输出腔内电场分布不均匀的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种速调管非对称输出腔结构。该结构可消除耦合孔对输出腔内电磁场畸变，使电子束经过输出腔间隙时，受到的电场强度是关于漂移管中心轴对称分布的，从而保证速调管在运行过程中高频放大信号的稳定输出。

为达到本发明的目的，本发明提供了如下技术方案：

一种速调管非对称输出腔结构，包括漂移管、输出腔和直波导，所述输出腔与所述漂移管非同轴设置，所述输出腔轴线位于远离所述直波导一侧。

优选地，所述直波导的轴线与所述漂移管的中心轴线相互垂直且相交；

所述直波导的轴线与所述输出腔的中心轴线相互垂直且相交。

优选地，所述输出腔结构还包括相对设置的第一漂移头和第二漂移头，所述第一漂移头和第二漂移头之间形成有输出腔间隙。

优选地，所述输出腔在漂移管延伸方向关于输出腔间隙对称或不对称设置。

优选地，靠近速调管收集极一侧的第二漂移头的内径大于第一漂移头的内径。

优选地，所述第一腔体部和第一漂移头形成于第一固定部，所述第二腔体部和第二漂移头形成于第二固定部。

优选地，所述输出腔由第一固定部中的第一腔体部和第二固定部中的第二腔体部形成，所述第一腔体部与第二腔体部关于输出腔间隙对称或不对称设置。

优选地，所述第一固定部和第二固定部上设置有相互定位装配的定位台阶。

优选地，所述第一固定部和第二固定部上设置有定位槽，所述直波导和耦合孔膜片通过定位槽气密结合于所述第一固定部和第二固定部，且与所述输出腔相连通。

本发明第二个方面提供了一种速调管，该速调管包括上述非对称输出腔结构。

本发明的有益效果如下：

本发明提供一种基于三维电磁仿真软件模拟分析得出的速调管非对称输出腔结构。在该输出腔结构中，输出腔是关于漂移管不同轴设置的，即输出腔相对漂移管在其外部是偏心分布的、非对称的。这一非对称结构有利于消除耦合孔引起的腔体内电磁场畸变，使电子束经过输出腔间隙时，受到的电场强度是关于漂移管中心轴对称分布的，保证速调管在运行过程中高频放大信号的稳定输出。通过对本发明提供的非对称输出腔结构进行仿真计算和测试验证，结果表明该非对称结构能很好的解决目前大功率速调管输出腔间隙电场分布不对称的现状。

此外，本发明提供的速调管非对称腔结构可以根据速调管的参数匹配具有不同尺寸耦合孔的耦合孔膜片和不同尺寸的直波导，有利于提高速调管的输出功率。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出传统重入式输出腔内电场的分布。

图2示出本发明提供的非对称输出腔内电场的分布。

图3示出本发明提供的非对称输出腔的纵切面示意图。

图4示出本发明提供的非对称输出腔的剖面示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

现有技术中，速调管输出腔一般采用的是重入式输出腔，而重入式输出腔上的耦合孔的引入使得腔的几何结构不再对称，导致谐振腔内的电磁场产生畸变，磁场受到扰动，电场分布不对称且角向场不均匀，如图1所示，从而影响电子注与高频场的互作用效率，影响速调管的效率。

本发明提供一种速调管非对称输出腔结构，该结构设计是基于三维电磁仿真软件模拟分析得出的，区别于常规重入式谐振腔设计方法。在该输出腔结构中输出腔2是关于漂移管1不同轴设置的，即输出腔2的中心轴线与漂移管1的中心轴线相互平行但是不重合，输出腔2相对漂移管1在其外部是偏心分布的。这一非对称结构有利于消除因输出腔2上耦合孔51引起的腔体内电磁场畸变，使电子束经过输出腔间隙3时，受到的电场强度是关于漂移管1中心轴对称分布的，保证速调管在运行过程中高频放大信号的稳定输出。对本发明提供的非对称输出腔结构进行仿真计算和测试验证，结果如图2所示，表明该非对称结构能很好的解决目前大功率速调管输出腔间隙3电场分布不对称的现状。

为了详细描述本发明所提供的速调管非对称输出腔结构，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。

结合图3和图4所示，本发明提供一种速调管非对称输出腔结构，包括：

漂移管1；

输出腔2，所述输出腔2是关于漂移管1不同轴设置的，所述输出腔轴线位于远离所述直波导的一侧；；所述输出腔2与所述漂移管1延伸方向相同；

输出腔间隙3，所述漂移管1与所述输出腔2通过输出腔间隙3相连通；

直波导4，所述输出腔2靠近漂移管1的一侧气密结合有直波导4，所述输出腔2与所述直波导4相连通；

耦合孔膜片5，所述耦合孔膜片5设置于所述输出腔2与所述直波导4的连通接头处，所述膜片5上设置有耦合孔51；其中

所述直波导4的中心轴线与所述漂移管1的中心轴线相互垂直且相交；

所述直波导4的中心轴线与所述输出腔2的中心轴线相互垂直且相交。

在具体的实施方式中，输出腔结构中的漂移管1包括相对设置的第一漂移头11和第二漂移头12，输出腔间隙3位于两个漂移头之间，漂移头就是漂移管1与输出腔2相连接的两个端部。电子束在行进过程中，依次经过第一漂移头11、输出腔间隙3和第二漂移头12。输出腔间隙3的中心轴线与所述漂移管1的中心轴线重合，其延伸方向与输出腔2的延伸方向相同，在径向方向上的尺寸与漂移管1相同，且连通了输出腔2与漂移管1。

需要说明的是，所述输出腔2中心轴线与直波导4的距离要大于所述漂移管1中心轴线与直波导4的距离。在具体的实施方式中，所述直波导4的中心轴线分别与所述漂移管1的中心轴线以及所述输出腔2的中心轴线相互垂直且相交，这说明直波导4中心轴线亦通过同一平面上漂移管1与输出腔2在径向方向上的距离最远的两个点。

本发明提供的速调管非对称腔结构包括漂移管1、输出腔2、输出腔间隙3、直波导4和耦合孔膜片5。在速调管的工作过程中，已经群聚的电子束在漂移管1中沿轴向行进，进入输出腔间隙3后经过耦合孔膜片5上的耦合孔51与微波场进行能量交换，电子将能量转移至微波场，完成放大功能。电子与微波场能量交换效率以及稳定性与输出腔间隙3内电磁场分布的均匀性息息相关，保持输出腔间隙3内电场强度关于漂移管1中心轴对称分布，可以大大提高电子与微波场能量交换效率以及稳定性。

输出腔结构上的耦合孔51会使腔体内的电磁场经由耦合孔51向腔体外产生畸变，使得腔体内电磁场的分布不再均匀，而是偏向于具有耦合孔51的一侧腔体。本发明正是考虑到耦合孔51对电场的影响，基于三维电磁仿真软件模拟分析得出的一种输出腔2是关于漂移管1不同轴设置的输出腔结构，即输出腔2的中心轴线与漂移管1的中心轴线相互平行但不重合，且耦合孔51分布在输出腔2的靠近漂移管1的一侧，这样腔体相对于漂移管1的偏心分布，有效的消除了耦合孔51对输出腔2内电磁场分布的影响，使得输出腔间隙3内电场强度关于漂移管1中心轴对称分布，从而提高了电子与微波场能量交换效率以及稳定性。

在本具体实施方式中，所述输出腔2、输出腔间隙3在沿漂移管1延伸方向上关于输出腔间隙是对称或不对称设置的。所述输出腔2、输出腔间隙3和漂移管1的延伸方向相同，即直波导4中心轴线所在的沿所述输出腔2径向方向伸展的平面将所述输出腔2、输出腔间隙3以及直波导4在沿所述输出腔2轴向方向上分为两部分，若两部分对称分布则便于加工工艺的实现；然而在实际应用过程中，上下两部分也可以是不对称的，如在不改变第一漂移头11的情况下，减短第二漂移头2在轴向上的延伸长度，进而使输出腔间隙3在轴向方向上增长，进而实现对输出腔2频率的调整。

在优选的实施方式中，所述第二漂移头12的内径大于所述第一漂移头11的内径。需要说明的是，电子束运行方向是由第一漂移头11指向第二漂移头12的。电子由第一漂移头11进入输出腔间隙3，电子将能量转移至微波场，完成放大功能后进入第二漂移头12。内径增大的第二漂移头12可防止发散的电子束打在第二漂移头12的内壁，避免了漂移管1因电子撞击导致的局部过热。

速调管输出腔2结构的尺寸等对其品质因数具有较大的影响，而品质因数是输出腔2损耗大小、工作稳定度和频率选择性的强弱的一个重要参数，因此在通过三维电磁仿真软件模拟分析得出输出腔2结构的参数后，要确保在加工过程中可以精确控制各个结构参数。

本发明通过以下设置来实现加工过程中输出腔2各结构参数的精确控制。在具体的实施方式中，所述输出腔2包括有第一腔体部21、第一漂移头11、第二腔体部22和第二漂移头12，其中，所述第一腔体部21和第一漂移头11形成于第一固定部61，所述第二腔体部22和第二漂移头12形成于第二固定部62；所述第一固定部61与第二固定部62气密结合。这一结构设计，可以在两个固定部上分别进行腔体部和漂移头的加工，不仅便于加工过程中的结构参数控制，且有利于后续组装过程的简化。

在优选的实施方式中，为了提高第一固定部61与第二固定部62的气密结合稳定性，确保结合输出腔2结构中的真空度，可以在第一固定部61和第二固定部62上设置相互定位装配的定位台阶，使两者之间的配合更加的紧密。此外，在第一固定部61和第二固定部62上设置定位槽41，便于直波导4和耦合孔51膜片5通过定位槽41气密结合与所述第一固定部61和第二固定部62，且与所述输出腔2相连通。当然，在具体的实施过程中，本领域技术人员亦可以在第一固定部61和第二固定部62上设置其他形式有利于两者之间气密结合的结构，以及其他有利于直波导4与输出腔2气密结合的结构，本发明对此不加以限制。

速调管在工作过程中，耦合孔51对电子与微波场能量的交换效率有重要影响。若耦合孔51与速调管失配，会导致输出腔2谐振腔频率和外观品质因子的变化，并最终导致输出功率的变化。此外，输出腔2谐振频率则决定了与之匹配的直波导4尺寸，在具体实施方式中，需要根据输出腔2谐振频率来设置第一固定部61和第二固定部62上的定位槽41，来满足直波导4的尺寸需求。在本发明中，为了提高耦合孔51与不同参数速调管的匹配度，可通过选择具有合适尺寸耦合孔51的耦合孔51膜片5来实现。

此外，本发明也提供了具有上述非对称输出腔结构的速调管，速调管工作过程中，电子束经过输出腔间隙时，受到的电场强度是关于漂移管中心轴对称分布的，因此速调管在运行过程中能够稳定输出高频放大信号。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种速调管非对称输出腔结构，包括漂移管、输出腔和直波导，其特征在于，

所述输出腔与所述漂移管非同轴设置，所述输出腔轴线位于远离所述直波导一侧。

2.根据权利要求1所述的速调管非对称输出腔结构，其特征在于，

所述直波导的轴线与所述漂移管的中心轴线相互垂直且相交；

所述直波导的轴线与所述输出腔的中心轴线相互垂直且相交。

3.根据权利要求1所述的速调管非对称输出腔结构，其特征在于，所述输出腔结构还包括相对设置的第一漂移头和第二漂移头，所述第一漂移头和第二漂移头之间形成有输出腔间隙。

4.根据权利要求3所述的速调管非对称输出腔结构，其特征在于，所述输出腔在漂移管延伸方向关于输出腔间隙对称或不对称设置。

5.根据权利要求3所述的速调管非对称输出腔结构，其特征在于，靠近速调管收集极一侧的第二漂移头的内径大于第一漂移头的内径。

6.根据权利要求3所述的速调管非对称输出腔结构，其特征在于，所述第一腔体部和第一漂移头形成于第一固定部，所述第二腔体部和第二漂移头形成于第二固定部。

7.根据权利要求6所述的速调管非对称输出腔结构，其特征在于，所述输出腔由第一固定部中的第一腔体部和第二固定部中的第二腔体部形成，所述第一腔体部与第二腔体部关于输出腔间隙对称或不对称设置。

8.根据权利要求6所述的速调管非对称输出腔结构，其特征在于，所述第一固定部和第二固定部上设置有相互定位装配的定位台阶。

9.根据权利要求6所述的速调管非对称输出腔结构，其特征在于，所述第一固定部和第二固定部上设置有定位槽，所述直波导和耦合孔膜片通过定位槽气密结合于所述第一固定部和第二固定部，且与所述输出腔相连通。

10.一种速调管，其特征在于，该速调管包括根据权利要求1所述的速调管非对称输出腔结构。