CN112349566B - 一种改善毫米波螺旋线行波管驻波系数的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善毫米波螺旋线行波管驻波系数的装置，包括：匹配筒、同轴型耦合器、毫米波螺旋线行波管和夹持杆；具体地讲，通过设计三槽型的匹配筒，并插入至毫米波螺旋线行波管，用来减小毫米波螺旋线行波管的内径，从而减小螺旋线的特性阻抗，使同轴型耦合和螺旋线的特性阻抗相接近，进而使同轴型耦合器和螺旋线之间形成良好匹配，最终实现工作频带内低驻波分布。

Description

一种改善毫米波螺旋线行波管驻波系数的装置
技术领域
本发明属于真空电子技术领域，更为具体地讲，涉及一种改善毫米波螺旋线行波管驻波系数的装置。
背景技术
行波管是现代军事电子装备中使用最为普遍的一类微波电真空器件。行波管的作用就是使电子注与高频电磁波发生注-波互作用实现能量交换进而实现信号的放大。高频电磁信号从输入结构处输入后，信号沿慢波线传输，最后从输出结构处输出放大的信号。
行波管高频系统的驻波大小，直接影响着行波管的性能。为了保证高频信号以尽可能小的反射进行传输，必须要让慢波结构与输能装置实现良好耦合，方能实现小的电压驻波比。
同轴型耦合器是毫米波螺旋线行波管最常使用的耦合装置。螺旋线慢波结构的特性阻抗会随电磁波频率变化而变化，且螺旋线的特性阻抗比同轴型耦合结构的特性阻抗要大得多，因此在宽带毫米波螺旋线行波管中，要实现全频带的匹配耦合，必须采取各种措施来提高同轴型耦合结构的特性阻抗，同时，在螺旋线与同轴线连接段减小螺旋线的特性阻抗。目前常用的方法是：
1.将同轴型耦合器的内外导体进行尺寸变化，提高同轴型耦合器的特性阻抗，同时有利于与螺旋线的连接；
2.螺旋线端部拉松渐变。将首、尾端螺旋线前2～3个周期的螺距适当放大，达到阻抗匹配的目的；
3.采用半月形等特殊形式的介质夹持杆；
4.螺旋线端部附近局部减少管壳内径。
第一种方法的缺陷在于：对于毫米波螺旋线行波管而言，螺旋线尺寸较小，同轴线内外尺寸受到螺旋线尺寸的限制，仅依靠同轴线尺寸变化，难以实现慢波结构与同轴型耦合器全频带的良好匹配。第二种方法的缺陷在于：在大量生产中，不易控制精度，重复性较差，且对于螺旋线特性阻抗较大的结构效果不明显。第三种方法的缺陷在于：对夹持杆的加工和装配都提出了更高的要求，实现难度大。
如果设计管壳内径渐变的慢波结构，对于毫米波螺旋线行波管而言，由于其截面尺寸较小，将给夹持杆端部的加工制造提出更高的要求，更难保证精度。因此，我们提出了一种特别针对管壳截面尺寸较小的毫米波行波管，可配合任意夹持杆形状，改善行波管驻波系数的三槽型匹配筒结构。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种改善毫米波螺旋线行波管驻波系数的装置，针对管壳截面尺寸较小的毫米波螺旋线行波管，通过增加使用三槽型匹配筒来改善波管驻波系数。
为实现上述发明目的，本发明为一种改善毫米波螺旋线行波管驻波系数的装置，其特征在于，包括：匹配筒、同轴型耦合器、毫米波螺旋线行波管和夹持杆；
所述同轴型耦合器安装在同轴型耦合器引入孔内，且同轴型耦合器内导体与毫米波螺旋线行波管的螺旋线始端连接；
所述夹持杆按角向120度均匀分布在毫米波螺旋线行波管的螺旋线和管壁之间，用于固定螺旋线；
所述匹配筒又包括同轴型耦合器引入孔、匹配筒轴向方向凹槽、匹配筒轴向方向圆孔与匹配筒轴向方向锥孔；
匹配筒在同轴型耦合器引入位置处开有一个同轴型耦合器引入孔，其形状与同轴型耦合器的外导体相同，以便将同轴型耦合器安装在孔内；在匹配筒轴向方向上的一端开有三个凹槽，三个凹槽在角向方向上按120度均匀分布，且形状也与夹持杆相同，便于插入行波管中，而另一端留有一定长度不开凹槽，当匹配筒凹槽插入到毫米波螺旋线行波管后，通过测量匹配筒留在管壳外部的剩余长度，判断匹配筒是否完全插入至毫米波螺旋线行波管夹持杆内部；在匹配筒轴向方向上的正中心开有圆孔，便于电子注通过；在匹配筒插入行波管管壳方向端开有锥孔，以改善螺旋线的阻抗匹配；匹配筒外直径略小于行波管管壳内直径，以便匹配筒能够插入毫米波螺旋线行波管内；
当匹配筒插入至毫米波螺旋线行波管后，减小了毫米波螺旋线行波管的内径，从而减小了螺旋线的特性阻抗，使同轴型耦合器和螺旋线的特性阻抗相接近，进而使同轴型耦合器和螺旋线之间形成良好的匹配，最终实现工作频带内低驻波分布。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明提供一种改善毫米波螺旋线行波管驻波系数的装置，包括：匹配筒、同轴型耦合器、毫米波螺旋线行波管和夹持杆；具体地讲，通过设计三槽型的匹配筒，并插入至毫米波螺旋线行波管，用来减小毫米波螺旋线行波管的内径，从而减小螺旋线的特性阻抗，使同轴型耦合和螺旋线的特性阻抗相接近，进而使同轴型耦合器和螺旋线之间形成良好匹配，最终实现工作频带内低驻波分布。
同时，本发明提供一种改善毫米波螺旋线行波管驻波系数的装置还具有以下有益效果：
(1)、在匹配筒轴向方向上开有与夹持杆形状相适应的凹槽，通过凹槽能够使匹配筒锥孔前端距离螺旋线始端的位置从1个螺距提升到5至6个螺距的位置，等效为行波管管壳内径逐渐减小，从而逐渐降低螺旋线的特性阻抗，实现与同轴型耦合器的良好阻抗匹配。
(2)、不必改变现有行波管管壳与夹持杆形状，装置中的匹配筒可通过改变凹槽形状来配合任意形状的夹持杆；
(3)、本发明装置中的匹配筒与传统匹配筒结构相比，能够更加有效地降低螺旋线行波管全工作频带的驻波系数，实现高频信号以尽可能小的反射进行传输。
附图说明
图1是本发明一种改善毫米波螺旋线行波管驻波系数的装置架构图；其中，(a)是未安装匹配筒的装置架构图；(b)是匹配筒的正等轴测图(c)是安装匹配筒后的装置架构图；(d)是(c)的剖视图；
图2是匹配筒的结构示意图；
图3是图1所示装置在使用匹配筒前、后的驻波对比图；
图4是本发明与传统匹配筒的驻波对比图；
其中，1、行波管管壳；2、同轴型耦合器外导体；3、同轴型耦合器内导体；4、螺旋线；5、夹持杆；6、匹配筒；7、同轴型耦合器引入孔；8、凹槽；9、圆孔；10、锥孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
图1是本发明一种改善毫米波螺旋线行波管驻波系数的装置架构图。
在本实施例中，如图1所示，本发明一种改善毫米波螺旋线行波管驻波系数的装置，包括：匹配筒、同轴型耦合器、毫米波螺旋线行波管和夹持杆；
如图1中的(a)、(b)、(c)、(d)所示，同轴型耦合器包括同轴型耦合器外导体2和同轴型耦合器内导体3；整个同轴型耦合器安装在同轴型耦合器引入孔7内，且同轴型耦合器内导体3与毫米波螺旋线行波管的螺旋线4始端连接；
夹持杆5按角向120度均匀分布在毫米波螺旋线行波管的螺旋线4和管壳1之间，用于固定螺旋线4；
如图2所示，匹配筒6又包括同轴型耦合器引入孔7、匹配筒轴向方向凹槽8、匹配筒轴向方向圆孔9与匹配筒轴向方向锥孔10；
匹配筒6在同轴型耦合器引入位置处开有一个同轴型耦合器引入孔7，其形状与同轴型耦合器的外导体2相同，将同轴型耦合器安装在孔内后方便同轴型耦合器内导体与螺旋线连接；
在匹配筒轴向方向上的一端开有三个凹槽8，三个凹槽8在角向方向上按120度均匀分布，且形状也与夹持杆5相同，便于插入行波管中，而另一端留有一定长度不开凹槽。当匹配筒凹槽插入到毫米波螺旋线行波管夹持杆后，通过测量匹配筒6留在管壳外部的剩余长度，判断匹配筒6是否正确插入至毫米波螺旋线行波管内部，能够使匹配筒锥孔前端距离螺旋线始端的位置从原来的1个螺距提高到5至6个螺距，等效为行波管管壳内径逐渐减小，从而逐渐降低螺旋线的特性阻抗，实现毫米波螺旋线行波管与同轴型耦合器更加良好的匹配；
在匹配筒轴向方向上的正中心开有圆孔9，以便毫米波螺旋线行波管的螺旋线伸入至圆孔9内，同时便于电子注通过；在匹配筒插入行波管管壳方向端开有锥孔10，以改善螺旋线的阻抗匹配；匹配筒外直径略小于行波管管壳内直径，以便匹配筒能够插入毫米波螺旋线行波管内；
在本实施例中，匹配筒6长度为4.25mm，外直径为2.2mm；同轴型耦合器引入孔7的直径为0.84mm，同轴型耦合器引入孔7的圆心位置离匹配筒无凹槽端面距离为2.04mm，圆孔9沿轴向方向长度为3.25mm，直径0.72mm；匹配筒6的另一端不开凹槽的长度为1mm；锥孔10沿轴向方向长度为1mm，锥度为36.5度；
利用电磁仿真软件对使用和未使用本匹配筒的毫米波螺旋线行波管的模型进行模拟仿真，如图3所示，使用本匹配筒后的毫米波螺旋线行波管在工作频段内驻波比可达到1.45以下，而未使用匹配筒的行波管驻波平均值在2.5左右。同理，再次使用电磁仿真软件对使用传统匹配筒和使用本匹配筒的毫米波螺旋线行波管的模型进行模拟仿真，其中，传统匹配筒的明显特征为：未开凹槽以及匹配筒靠近螺旋线的位置仅有一圈螺距；如图4所示，本发明能够更加有效地降低螺旋线行波管全工作频带的驻波系数，得到改善后的驻波平坦，实现了高频信号以尽可能小的反射进行传输的目的。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种改善毫米波螺旋线行波管驻波系数的装置，其特征在于，包括：匹配筒、同轴型耦合器、毫米波螺旋线行波管和夹持杆；
所述同轴型耦合器安装在同轴型耦合器引入孔内，且同轴型耦合器内导体与毫米波螺旋线行波管的螺旋线始端连接；
所述夹持杆按角向120度均匀分布在毫米波螺旋线行波管的螺旋线和管壁之间，用于固定螺旋线；
所述匹配筒又包括同轴型耦合器引入孔、匹配筒轴向方向凹槽、匹配筒轴向方向圆孔与匹配筒轴向方向锥孔；
匹配筒在同轴型耦合器引入位置处开有一个同轴型耦合器引入孔，其形状与同轴型耦合器的外导体相同，以便将同轴型耦合器安装在孔内；在匹配筒轴向方向上的一端开有三个凹槽，三个凹槽在角向方向上按120度均匀分布，且形状也与夹持杆相同，便于插入行波管中，而另一端留有一定长度不开凹槽，当匹配筒凹槽插入到毫米波螺旋线行波管后，通过测量匹配筒留在管壳外部的剩余长度，判断匹配筒是否完全插入至毫米波螺旋线行波管夹持杆内部；在匹配筒轴向方向上的正中心开有圆孔，便于电子注通过；在匹配筒插入行波管管壳方向端开有锥孔，以改善螺旋线的阻抗匹配；匹配筒外直径略小于行波管管壳内直径，以便匹配筒能够插入毫米波螺旋线行波管内；
当匹配筒插入至毫米波螺旋线行波管后，减小了毫米波螺旋线行波管的内径，从而减小了螺旋线的特性阻抗，使同轴型耦合器和螺旋线的特性阻抗相接近，进而使同轴型耦合器和螺旋线之间形成良好匹配，最终实现工作频带内低驻波分布。
2.根据权利要求1所述的一种改善毫米波螺旋线行波管驻波系数的装置，其特征在于，所述匹配筒插入至毫米波螺旋线行波管后，匹配筒锥孔前端位于距离螺旋线始端5至6个螺距处。
3.根据权利要求1所述的一种改善毫米波螺旋线行波管驻波系数的装置，其特征在于，所述锥孔的锥度为0-90度。
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