CN111769023A - 一种w波段连续波行波管 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种W波段连续波行波管，包括电子枪、设置在电子枪一端的慢波电路以及与慢波电路输出端连接的四级降压收集极，所述慢波电路包括管壳，设置在管壳内部的折叠波导高频；设置折叠波导高频中间的两个衰减瓷，与折叠波导高频两端连接的两个输能窗；设置在管壳一端的的输入磁屏组件以及设置在管壳另一端的输出磁屏。本发明采用多段式跳变结构折叠波导慢波电路，偏心切口设计四级降压收集极，能够实现连续波状态下50W功率输出，工作状态稳定，整管总效率大于18％。

Description

一种W波段连续波行波管

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体为一种W波段连续波行波管。

背景技术

行波管作为一种常用的功率放大器，广泛应用于雷达、电子对抗、通信、医疗电子等领域，W波段行波管作为一种高频段的毫米波行波管，一直处于毫米波功率放大器的前沿，在雷达、制导、电磁对抗、战术战略通信、深空探测、成像及生物效应等方面得到了大量应用。现有的螺旋线行波管和耦合腔行波管在W波段无法满足后续快速发展的需求，很有必要设计开发一种高效率的W波段折叠波导行波管。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种W波段连续波行波管。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种W波段连续波行波管，包括电子枪、设置在电子枪一端的慢波电路以及与慢波电路输出端连接的四级降压收集极，所述慢波电路包括管壳，设置在管壳内部的折叠波导高频；设置折叠波导高频中间的两个衰减瓷，与折叠波导高频两端连接的两个输能窗；设置在管壳一端的的输入磁屏组件以及设置在管壳另一端的输出磁屏。

优选地，所述折叠波导高频由输入段和输出段构成，且输入段和输出段的连接处设有L型衰减器，所述L型衰减器长度为3.5mm，厚度为0.5mm，渐变段长度为1mm。

优选地，所述折叠波导高频内部电子注通道半径为0.21mm。

优选地，所述折叠波导高频互作用周期变化采用多段式跳变结构，输入段的周期大小为0.61mm，输出段的周期大小分别为0.61mm、0.73mm、0.71mm、0.62mm、0.6mm、0.55mm。

优选地，所述聚焦控电子枪包括电子枪外壳，设置在电子枪外壳内的聚焦极组件，设置在聚焦极组件内部的枪芯组件，设置在枪芯组件内部的支撑筒锥，与支撑筒锥相连接的支撑筒直；设置在支撑筒锥外围的支撑筒台阶，设置在枪芯组件底部的热丝瓷座组件；设置在电子枪外壳上的阴极封接环；与枪芯组件相配合的聚焦极封接环；设置在电子枪外壳上聚焦极封接环一侧的阳极一封接环；设置在电子枪外壳一端的枪壳封接环；设置在电子枪外壳另一端的电子枪后盖封接环；设置在聚焦极组件上的聚焦极；固定在阳极一封接环上的阳极一；枪芯组件固定在聚焦极封接环处，在枪芯组件内部的阴极引出线与阴极封接环点焊连接，枪芯组件内部的热丝引出线与电子枪后盖封接环通过点焊进行固定。

优选地，所述四级降压收集极包括收集极筒、设置在收集极筒内部的三个收集极瓷、包裹在三个收集极瓷内的四级收集极芯、收集极后盖、收集极后盖封接环以及收集极封接环，收集极筒尾部与收集极后盖封接环固定，收集极筒头部与收集极封接环固定，收集极后盖封接环与收集极后盖固定。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明工作状态稳定，通过大量改进设计实现高流通率高电流密度电子枪，采用多段式跳变结构折叠波导慢波电路，偏心切口设计四级降压收集极，能够实现连续波状态下50W功率输出，工作状态稳定，整管总效率大于18％。

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

附图说明

图1为本发明提供的一种W波段连续波行波管的结构示意图。

图2为本发明提供的一种W波段连续波行波管的电子枪结构示意图。

图3为本发明提供的一种W波段连续波行波管的慢波电路的结构示意图。

图4为本发明提供的一种W波段连续波行波管的四级降压收集极的结构示意图。

具体实施方式

一种W波段连续波行波管，包括聚焦控电子枪1、设置在电子枪1一端的慢波电路2以及与慢波电路输出端连接的四级降压收集极3。

所述聚焦控电子枪包括电子枪外壳1-1，设置在电子枪外壳内的聚焦极组件1-2，设置在聚焦极组件1-2内部的枪芯组件1-3，设置在枪芯组件1-3内部的支撑筒锥1-4，与支撑筒锥1-4相连接的支撑筒直1-5；设置在支撑筒锥1-4外围的支撑筒台阶1-6，设置在枪芯组件1-3底部的热丝瓷座组件1-7；设置在电子枪外壳1-1上的阴极封接环1-8；与枪芯组件1-3相配合的聚焦极封接环1-9；设置在电子枪外壳上聚焦极封接环1-9右侧的阳极一封接环1-10；设置在电子枪外壳右端的枪壳封接环1-11；设置在电子枪外壳左端的电子枪后盖封接环1-14；装配在聚焦极组件上的聚焦极1-12；通过激光焊固定在阳极一封接环上的阳极一1-13；

枪芯组件1-3通过激光焊固定在聚焦极封接环1-9处，在枪芯组件内部的阴极引出线与阴极封接环1-8点焊连接，枪芯组件内部的热丝引出线与电子枪后盖封接环1-14通过点焊进行固定，阴极封接环1-8、聚焦极封接环1-9、阳极一封接环1-10、枪壳封接环1-11和电子枪后盖封接环1-14之间均与瓷环进行焊接，共同组成电子枪外壳，第一阳极放置于阳极一封接环上，通过激光焊进行固定。所述的枪芯组件内部包换阴极组件，其中阴极直径为1.5mm。工作时，枪芯组件通过电压加热阴极，通过阳极与阴极之间的电压差实现阴极的电子注发射，聚焦极对电子注形状进行调节，使得电子注能够平稳的射入慢波电路，进而在慢波电路进行能量交换，实现信号功率放大的功能。

进一步的实施例中，所述慢波电路包括管壳2-6，设置在管壳2-6内部的折叠波导高频2-1，管壳包裹着折叠波导高频；设置折叠波导高频2-1中间的两个衰减瓷2-2，与折叠波导高频2-1相连接的两个输能窗2-3；在管壳2-6左端的的输入磁屏组件2-4与管壳通过氩弧焊进行焊接固定，在管壳右侧的输出磁屏2-5通过氩弧焊进行固定。输入磁屏组件2-4以及输出磁屏2-5分别与折叠波导高频2-1的两端连接。

所述折叠波导高频2-1由输入段2-7和输出段2-8组合而成。输入段2-7和输出段2-8的连接处设有两个L型衰减器2-2连接，所述衰减器长度为3.5mm，厚度为0.5mm，其中渐变段长度为1mm。其中，靠近输入段的衰减器用于吸收杂波信号，靠近输出段的衰减器用于吸收返波信号。

所述折叠波导高频采用弧形折叠波导结构，互作用周期变化采用多段式跳变结构，输出段周期多次进行规律性变化，实现电子注与信号的能量交换，从而进一步提高电子效率。折叠波导高频内部存在电子注通道，通道半径为0.21mm；输入段的周期大小为0.61mm，输出段的周期大小分别为0.61mm、0.73mm、0.71mm、0.62mm、0.6mm、0.55mm；

进一步的实施例中，所述四级降压收集极3包括收集极筒3-1；设置在收集极筒内部的三个收集极瓷3-2；三个收集极瓷互成120°分布，内部包裹四级收集极芯，从右至左依次排列的第一收集极芯3-3，第二收集极芯3-4，第三收集极芯(3-5)，第四收集极芯(3-6)，收集极筒尾部与收集极后盖封接环3-8进行钎焊固定，收集极筒头部与收集极封接环3-9通过钎焊进行固定，收集极后盖封接环与收集极后盖3-7通过氩弧焊进行固定。

3块收集极瓷均匀分布在收集极筒组件的内部的固定槽内，3块收集极瓷上均有定位槽，从上到下依次卡住第一收集极芯，第二收集极芯，第三收集极芯和第四收集极芯，收集极后盖封接环焊于收集极筒尾部上，与收集极后盖相连，采用氩弧焊进行封接。

所述四级降压收集极中，第三收集极芯和第四收集极芯均采用偏心切口设计，其中第三收集极芯内部圆孔圆心相较于收集极轴心存在1.5mm的偏移，第四收集极芯入口处作斜切处理，从而实现电子注偏转，避免返流对整管性能的影响。

本发明所述电子枪采用聚焦极控制，采用覆膜浸渍型钡钨阴极。利用CAD技术优化高会聚电子注设计和高强度磁场，分析电子光学系统的特性，减少慢波系统的电子截获。提高电子注的形状和层流性，确保得到层流性好、脉动小的高性能电子光学系统，减少慢波系统的电子截获。外壳结构上为陶瓷金属封接结构，通过多层瓷环和封接环叠加起来焊接，有效提高了电子枪的力学强度，减少了电子枪的漏气风险。通过聚焦控和阳极进行电子注的调制，提高了电子注的层流性，能够实现较好的流通率。

所述慢波电路采用了多段式跳变结构，通过对输出段的周期进行多次变化，降低微波传输的相速，与减慢速度的电子注再次同步，以实现更高的互作用效率，可以进一步提高电子效率。

所述的收集极的设计直接影响到降压深度和电子注在收集极芯内壁的分布均匀性，如何提高总效率以及将收集极的热量快速传递出来是降压收集极设计的关键。本发明采用热交换性能优良的四级降压收集极。将收集极筒与底板直接焊接，可大大提高散热能力，并且采用偏心切口设计，可最大程度减少收集极降压后带来的电子反转问题，提高行波管电子注流通率，使得该管的电子注流通率达97％以上，同时通过优化电子光学结构实现电子注的高效率回收，能够使收集极满足行波管在连续波工作条件下散热要求，并提高整管的总效率。

本发明用高流通高电流密度电子枪电子光学设计，优化收集极电子光学结构，采用四级降压收集极提高电子注回收效率，采用精密加工折叠波导慢波电路，实现连续波状态下50W功率输出，总效率≥18％。

本发明进行高流通高电流密度电子枪电子光学设计，确保性能和可靠性不降低；改进折叠波导慢波电路结构，实现互作用效率的提高；使用四级降压收集极提高产品电子注回收效率，实现产品总效率的提高。

本发明实现了在W波段范围内1GHz带宽，输出功率≥50W，总效率≥18％的技术指标，达到国际先进水平。

Claims (9)

1.一种W波段连续波行波管，其特征在于，包括电子枪(1)、设置在电子枪(1)一端的慢波电路(2)以及与慢波电路输出端连接的四级降压收集极(3)，所述慢波电路包括管壳(2-6)，设置在管壳(2-6)内部的折叠波导高频(2-1)；设置折叠波导高频(2-1)中间的两个衰减瓷(2-2)，与折叠波导高频(2-1)两端连接的两个输能窗(2-3)；设置在管壳(2-6)一端的的输入磁屏组件(2-4)以及设置在管壳另一端的输出磁屏(2-5)。

2.根据权利要求1所述的W波段连续波行波管，其特征在于，所述折叠波导高频(2-1)由输入段(2-7)和输出段(2-8)构成，且输入段(2-7)和输出段(2-8)的连接处设有两个L型衰减器(2-2)，所述L型衰减器(2-2)长度为3.5mm，厚度为0.5mm，渐变段长度为1mm。

3.根据权利要求2所述的W波段连续波行波管，其特征在于，所述折叠波导高频(2-1)内部电子注通道半径为0.21mm。

4.根据权利要求2所述的W波段连续波行波管，其特征在于，所述折叠波导高频(2-1)互作用周期变化采用多段式跳变结构，输入段(2-7)的周期大小为0.61mm，输出段(2-8)的周期大小分别为0.61mm、0.73mm、0.71mm、0.62mm、0.6mm、0.55mm。

5.根据权利要求1所述的W波段连续波行波管，其特征在于，所述聚焦控电子枪包括电子枪外壳(1-1)，设置在电子枪外壳内的聚焦极组件(1-2)，设置在聚焦极组件(1-2)内部的枪芯组件(1-3)，设置在枪芯组件(1-3)内部的支撑筒锥(1-4)，与支撑筒锥(1-4)相连接的支撑筒直(1-5)；设置在支撑筒锥(1-4)外围的支撑筒台阶(1-6)，设置在枪芯组件(1-3)底部的热丝瓷座组件(1-7)；设置在电子枪外壳(1-1)上的阴极封接环(1-8)；与枪芯组件(1-3)相配合的聚焦极封接环(1-9)；设置在电子枪外壳上聚焦极封接环(1-9)一侧的阳极一封接环(1-10)；设置在电子枪外壳一端的枪壳封接环(1-11)；设置在电子枪外壳另一端的电子枪后盖封接环(1-14)；设置在聚焦极组件上的聚焦极(1-12)；固定在阳极一封接环(1-10)上的阳极一(1-13)；枪芯组件(1-3)固定在聚焦极封接环(1-9)处，在枪芯组件(1-3)内部的阴极引出线与阴极封接环(1-8)点焊连接，枪芯组件(1-3)内部的热丝引出线与电子枪后盖封接环(1-14)通过点焊进行固定。

6.根据权利要求1所述的W波段连续波行波管，其特征在于，所述四级降压收集极(3)包括收集极筒(3-1)、设置在收集极筒(3-1)内部的三个收集极瓷(3-2)、包裹在三个收集极瓷(3-2)内的四级收集极芯、收集极后盖(3-7)、收集极后盖封接环(3-8)以及收集极封接环(3-9)，收集极筒尾部与收集极后盖封接环(3-8)固定，收集极筒头部与收集极封接环(3-9)固定，收集极后盖封接环与收集极后盖(3-7)固定。

7.根据权利要求6所述的W波段连续波行波管，其特征在于，三个收集极瓷(3-2)互成120°分布。

8.根据权利要求6所述的W波段连续波行波管，其特征在于，三个收集极瓷(3-2)上设有定位槽，依次卡住第一收集极芯(3-3)、第二收集极芯(3-4)、第三收集极芯(3-5)、第四收集极芯(3-6)。

9.根据权利要求6所述的W波段连续波行波管，其特征在于，第三收集极芯(3-5)、第四收集极芯(3-6)均采用偏心切口设计，其中第三收集极芯(3-5)内部圆孔圆心相较于收集极轴心存在1.5mm的偏移，第四收集极芯(3-6)入口处作斜切处理。

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