CN111048376B - 一种螺旋线慢波结构及包括该慢波结构的行波管 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种螺旋线慢波结构及包括该慢波结构的行波管，包括管壳以及通过若干夹持杆结合固定于所述管壳内的螺旋线；在慢波结构轴向方向上，所述慢波结构至少包括输入段以及输出段；所述输入段包括输入段螺旋线以及将输入段螺旋线结合固定于管壳内的若干输入段夹持杆；所述输出段包括输出段螺旋线以及将输出段螺旋线结合固定于管壳内的若干输出段夹持杆；其中，输入段夹持杆的材料为氮化硼，输出段夹持杆的材料为氧化铍。本发明可满足慢波结构在不同的注波互作用段重点优化所需的不同参数的需求。

Description

一种螺旋线慢波结构及包括该慢波结构的行波管

技术领域

本发明涉及真空电子器件领域，特别涉及一种螺旋线慢波结构及包括该慢波结构的行波管。

背景技术

行波管是一种极为重要的微波功率放大器，是电子战、防空反导系统、卫星上行通信、无人机、地基远程预警与情报等电子系统的核心部件，在军用电子战装备中具有十分重要的作用。近年来，随着武器装备的不断升级，对行波管的功率、效率、小型化和可靠性等性能指标提出更高的要求。而介质夹持杆是影响行波管热传导能力和电参特性的一个重要因素。因此，行波管的夹持杆特性研究已经成为整管研制过程中的一项重要工作。

螺旋线行波管的慢波结构中，需要使用介质夹持杆来支撑螺旋线，同时具有绝缘、散热和优化色散特性等作用。常用的有石英、氧化铍和氮化硼夹持杆。氧化铍在一定温度范围内导热性能较好，且各项同性，但其介电常数较大，使得耦合阻抗较小，氮化硼介电常数小，但其在一定温度范围内导热性能较差，且各项异性。石英的介电常数最小，导热性能最差。而在大功率行波管中，散热性能成为主要参数，因此，需要提供一种既可减少高频损耗，提高互作用效率，同时又不影响散热系数的慢波结构以提高行波管性能。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的一个目的在于提供一种螺旋线慢波结构，以满足慢波结构能在不同的注波互作用段重点优化所需的不同参数的需求。

本发明的另一个目的在于提供一种包括上述螺旋线慢波结构的行波管。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

根据本发明的一个方面，本发明提供一种螺旋线慢波结构，包括管壳以及通过若干夹持杆结合固定于所述管壳内的螺旋线；在慢波结构轴向方向上，所述慢波结构至少包括输入段以及输出段；

所述输入段包括输入段螺旋线以及将输入段螺旋线结合固定于管壳内的若干输入段夹持杆；

所述输出段包括输出段螺旋线以及将输出段螺旋线结合固定于管壳内的若干输出段夹持杆；

其中，输入段夹持杆的材料为氮化硼，输出段夹持杆的材料为氧化铍。

此外，优选地方案是，在慢波结构轴向方向上，所述慢波结构还包括有位于输入段以及输出段之间的区间段；

所述区间段包括区间段螺旋线以及将区间段螺旋线结合固定于管壳内的若干区间段夹持杆；

所述区间段夹持杆材料为氮化硼、氧化铍或者石英。

此外，优选地方案是，在慢波结构轴向方向上，所述区间段包括有第一子区间段和第二子区间段，第一子区间段对应的第一子区间段夹持杆的材料与第二子区间段对应的第二子区间段夹持杆的材料不相同。

此外，优选地方案是，在慢波结构径向方向上，夹持杆关于螺旋线角向对称设置。

此外，优选地方案是，同一段慢波结构上的夹持杆材料相同。

此外，优选地方案是，所述慢波结构包括在慢波结构轴向方向上具有不同径向剖面结构的夹持杆。

此外，优选地方案是，在慢波结构径向方向上，同一段慢波结构上的夹持杆径向剖面结构相同。

此外，优选地方案是，在慢波结构径向方向上，所述夹持杆的径向剖面形状为矩形、圆形、扇形或者T型。

此外，优选地方案是，所述慢波结构还包括有形成在至少一段慢波结构上的金属加载，所述金属加载位于管壳内壁上；

所述金属加载的径向剖面形状为矩形、圆形、扇形、楔形、T型、凹形或者凸形。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种行波管，该行波管包括如上所述的慢波结构。

本发明的有益效果如下：

相较于现有技术，本发明在传统螺旋线慢波结构的基础上提出了一种新的螺旋线慢波结构，本发明所提供的慢波结构包括至少两组不同材料的夹持杆，即利用输入段对散热能力要求不大，采用氮化硼材料的夹持杆来提高慢波结构的耦合性能，而在输出段中，由于散热性能变成一项重要指标，本发明采用氧化铍材料的夹持杆来提高慢波结构的散热能力，本发明提供的慢波结构可实现能在不同的注波互作用段重点优化所需的不同参数，使其在输入段减少高频损耗，提高互作用效率，同时在输出段不影响散热系数的有益效果。

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示出本发明所提供慢波结构输入段的剖面图。

图2示出本发明所提供慢波结构输出段的剖面图。

图3示出现有输入段采用氧化铍材料夹持杆的慢波结构色散曲线与本发明所提供慢波结构输入段色散曲线的对比图。

图4示出现有输入段采用氧化铍材料夹持杆的慢波结构耦合阻抗与本发明所提供慢波结构输入段耦合阻抗的对比图。

图5示出包括本发明提供慢波结构的一种行波管的热仿真图。

图6示出包括现有慢波结构的一种行波管的热仿真图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了克服现有技术的缺陷实现提供一种即可减少高频损耗，提高互作用效率，同时又不影响散热系数的慢波结构以提高行波管性能的目的，下面结合图1以及图2所示具体说明根据本发明的一个目的，图1示出本发明所提供慢波结构输入段的剖面图。图2示出本发明所提供慢波结构输出段的剖面图。本发明提供一种螺旋线慢波结构，包括管壳以及通过若干夹持杆结合固定于所述管壳内的螺旋线；在慢波结构径向方向上，夹持杆关于螺旋线角向对称设置，夹持杆可以是角向对称的两个、三个或者更多个，本发明图示结构以三个夹持杆为例进行示例说明，但并不对此限制。本发明中在慢波结构轴向方向上，所述慢波结构至少包括输入段1以及输出段2；所述输入段1包括输入段螺旋线11以及将输入段螺旋线11结合固定于管壳3内的若干输入段夹持杆12；

所述输出段2包括输出段螺旋线21以及将输出段螺旋线21结合固定于管壳3内的若干输出段夹持杆22；

其中，输入段夹持杆12的材料为氮化硼，输出段夹持杆22的材料为氧化铍。

相较于现有技术，本发明在传统螺旋线慢波结构的基础上提出了一种新的螺旋线慢波结构，本发明所提供的慢波结构包括至少两组不同材料的夹持杆，即利用输入段对散热能力要求不大，采用氮化硼材料的夹持杆来提高慢波结构的耦合性能，而在输出段中，由于散热性能变成一项重要指标，本发明采用氧化铍材料的夹持杆来提高慢波结构的散热能力，本发明提供的慢波结构实现了能在不同的注波互作用段重点优化所需的不同参数，使其在输入段减少高频损耗，提高互作用效率，同时在输出段不影响散热系数的有益效果。

在一个实施例中，所述慢波结构包括在慢波结构轴向方向上具有不同径向剖面结构的夹持杆。在慢波结构径向方向上，同一段慢波结构上的夹持杆径向剖面结构相同。在慢波结构径向方向上，所述夹持杆的径向剖面形状为矩形、圆形、扇形或者T型。结合图1所示出的，本发明输入段1中输入段夹持杆12的径向剖面结构为矩形，且在输入段1中三个输入段夹持杆12结构相同。结合图2所示出的，本发明在输出段2中输出段夹持杆22的径向剖面结构为T形，且在输出段2中三个输出段夹持杆22结构相同。或者在其它实施方式中，输入段中输入段夹持杆的径向剖面结构也可为圆形、扇形或者T型的一种，与之对应输出段中输出段夹持杆的径向剖面结构也可为矩形、圆形或者扇形中的一种。当然本领域技术人员可以理解的是，根据慢波结构的实际应用，输入段夹持杆的径向剖面结构也可与输出段夹持杆的径向剖面结构相同，也就是说可在慢波结构中采用径向剖面结构相同的夹持杆，本发明对比不加以限制。

在一个实施例中，根据慢波结构的实际应用，本发明提供的慢波结构还可以是除了包括输入段以及输出段之外在慢波结构轴向方向上，所述慢波结构还包括有位于输入段以及输出段之间的区间段；所述区间段包括区间段螺旋线以及将区间段螺旋线结合固定于管壳内的若干区间段夹持杆；所述区间段夹持杆材料为氮化硼、氧化铍或者石英。在一个优选地实施例中，进一步地，在慢波结构轴向方向上，所述区间段包括有第一子区间段和第二子区间段，第一子区间段对应的第一子区间段夹持杆的材料与第二子区间段对应的第二子区间段夹持杆的材料不相同。通过上述设计基于本发明的设计思路，能够使螺旋线慢波结构有更加宽广的应用范围。

在一个实施例中，为了保证慢波结构的性能稳定，本发明提供的螺旋线慢波结构中，同一段慢波结构上的夹持杆材料相同。即例如输入段上的夹持杆材料相同，均采用氮化硼材料作为夹持杆的材料，提高慢波结构的耦合性能。输出段上的夹持杆材料相同，均采用氧化铍材料作为夹持杆的材料，提高慢波结构的散热能力。

本发明提供的螺旋线慢波结构中，所述慢波结构还包括有形成在至少一段慢波结构上的多个金属加载，所述金属加载位于管壳内壁上，多个金属加载关于螺旋线角向对称设置；具有金属加载的慢波结构色散平坦，可适用于宽带行波管。结合图示结构，以慢波结构只包括输入段和输出段两段结构为例，本发明输入段1中包括有关于输入段螺旋线11角向对称设置三个第一金属加载13，三个第一金属加载13的径向剖面形状均为T型，即在同一段慢波结构上(输入段)各金属加载径向剖面结构相同。同时在本发明输出段2中也包括有关于输出段螺旋线角21向对称设置三个第二金属加载23，三个第二金属加载23的径向剖面形状也均为T型，即在同一段慢波结构上(输出段)各金属加载径向剖面结构相同。关于金属加载的径向剖面形状，其还可为为矩形、圆形、扇形、楔形、凹形或者凸形。或者，在其它技术方案中，本领域熟知的，也可不在慢波结构的管壳上设置金属加载，对此本发明不限制。

在一优选地的实施方式中，以慢波结构只包括输入段和输出段两段结构为例，两段慢波结构中分别加载有形状不相同的金属加载，也就是说慢波结构中，包括有设置于输入段中的三个第一金属加载和设置于输出段中的三个第二金属加载，第一金属加载和第二金属加载分别位于对应的相邻夹持杆间的管壳内壁上。同一加载段上的金属加载关于螺旋线角向对称设置，且在慢波结构轴向方向上，输入段1上的各第一金属加载与输出段上的各第二金属加载对应设置，第一金属加载与第二金属加载具有不同的径向剖面结构，例如第一金属加载的径向剖面形状为矩形，第二金属加载的径向剖面形状为T型。在不同区段的慢波结构中包括有形状不相同的金属加载，可使慢波结构能在不同的区段上重点优化所需的不同参数，特别是耦合阻抗和色散曲线，在宽带行波管中获得更大的中高端频带输出功率，并同时抑制二次谐波。

针对本发明提供的螺旋线慢波结构，图3示出现有输入段采用氧化铍材料夹持杆的慢波结构色散曲线与本发明所提供慢波结构输入段色散曲线的对比图。从图中可以看出采用本发明的利用包括有氮化硼夹持杆作为输入段的慢波结构比现有的利用氧化铍夹持杆作为输入段的慢波结构具有更平坦的色散曲线。

另外，图4示出现有输入段采用氧化铍材料夹持杆的慢波结构耦合阻抗与本发明所提供慢波结构输入段耦合阻抗的对比图。

从图中可以看出采用本发明的利用包括有氮化硼夹持杆作为输入段的慢波结构比现有的利用氧化铍夹持杆作为输入段的慢波结构具有数值更大的耦合阻抗。

此外，根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种行波管，该行波管包括如上所述的慢波结构。图5示出包括本发明提供慢波结构的一种行波管的热仿真图，可以看出整管最高温度出现在行波管输出端口，为266℃。图6示出包括现有慢波结构的一种行波管的热仿真图，可以看出整管最高温度出现在行波管输出端口，为266℃。仿真结果表明，本发明在有效减少高频损耗的同时，并不影响整管散热性能。本发明所提供的行波管，与如上各实施方式所述的慢波结构相对于现有技术所具有的其它优势相同，在此不再赘述。

综上述实施方式所述，本发明在传统螺旋线慢波结构的基础上提出了一种新的螺旋线慢波结构，利用慢波结构输入段对散热能力要求不大，采用氮化硼材料的夹持杆来提高慢波结构的耦合性能，而在慢波结构输出段中，由于散热性能变成一项重要指标，本发明采用氧化铍材料的夹持杆来提高慢波结构的散热能力，本发明所提供的慢波结构包括了至少两组不同材料的夹持杆，可实现能在不同的注波互作用段重点优化所需的不同参数，使其在输入段减少高频损耗，提高互作用效率，同时在输出段不影响散热系数的有益效果。

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)

1.一种螺旋线慢波结构，包括管壳以及通过若干夹持杆结合固定于所述管壳内的螺旋线；其特征在于，在慢波结构轴向方向上，所述慢波结构至少包括输入段以及输出段；

所述输入段包括输入段螺旋线以及将输入段螺旋线结合固定于管壳内的若干输入段夹持杆；

所述输出段包括输出段螺旋线以及将输出段螺旋线结合固定于管壳内的若干输出段夹持杆；

其中，输入段夹持杆的材料为氮化硼，输出段夹持杆的材料为氧化铍。

2.根据权利要求1所述螺旋线慢波结构，其特征在于，在慢波结构轴向方向上，所述慢波结构还包括有位于输入段以及输出段之间的区间段；

所述区间段包括区间段螺旋线以及将区间段螺旋线结合固定于管壳内的若干区间段夹持杆；

所述区间段夹持杆材料为氮化硼、氧化铍或者石英。

3.根据权利要求2所述螺旋线慢波结构，其特征在于，在慢波结构轴向方向上，所述区间段包括有第一子区间段和第二子区间段，第一子区间段对应的第一子区间段夹持杆的材料与第二子区间段对应的第二子区间段夹持杆的材料不相同。

4.根据权利要求1所述螺旋线慢波结构，其特征在于，在慢波结构径向方向上，夹持杆关于螺旋线角向对称设置。

5.根据权利要求1所述螺旋线慢波结构，其特征在于，同一段慢波结构上的夹持杆材料相同。

6.根据权利要求1所述螺旋线慢波结构，其特征在于，所述输入段夹持杆的径向剖面结构与输出段夹持杆的径向剖面结构不相同。

7.根据权利要求1所述的螺旋线慢波结构，其特征在于，在慢波结构径向方向上，同一段慢波结构上的夹持杆径向剖面结构相同。

8.根据权利要求1所述螺旋线慢波结构，其特征在于，在慢波结构径向方向上，所述夹持杆的径向剖面形状为矩形、圆形、扇形或者T型。

9.根据权利要求1所述螺旋线慢波结构，其特征在于，所述慢波结构还包括有形成在至少一段慢波结构上的金属加载，所述金属加载位于管壳内壁上；

所述金属加载的径向剖面形状为矩形、圆形、扇形、楔形、T型、凹形或者凸形。

10.一种行波管，其特征在于，该行波管包括如权利要求1至9任意一项权利要求所述的慢波结构。

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