CN113270304B - 一种轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管 - Google Patents

一种轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管,包括轴对称折叠波导模块和设置于轴对称折叠波导模块上的同轴周期磁铁聚焦系统,所述轴对称折叠波导模块包括内导体和外导体,所述外导体套设于内导体外,内导体的外壁设置有外翅片,外导体的内壁设置有内翅片,外翅片与内翅片交错嵌置形成轴对称折叠波导结构,所述内导体和外导体上均设置有若干电子束通道。本发明通过多注电子束可以减小空间电荷效应,增大总电流,增加微波输出功率。本发明通过轴对称折叠波导内圆周方向的高次电磁波模式提高工作频率。所述同轴周期磁铁聚焦系统有利于提高电子束通道内磁场的轴向分量,减小径向分量,使其更容易传输电子束。

Description

一种轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管
技术领域
本发明涉及微波真空器件技术领域,特别涉及一种轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管。
背景技术
现有折叠波导高频慢波模块,一般采用平面折叠波导结构,以及单注的圆柱或带状电子束,这样的折叠波导高频慢波模块具有以下缺点:
1、平面折叠波导结构,所能承载的微波功率比较小;
2、单注电子束所带的能量小,导致行波管输出功率小;
3、平面带状电子束难以产生及传输,稳定性及可靠性差。
其中,平面折叠波导结构所能承载的微波功率比较小及单注电子束所能提供的能量比较小,是现有折叠波导高频慢波模块首先需要解决的问题,平面带状电子束难以产生及传输,稳定性及可靠性差,且采用平面电子束的行波管电气参数稳定性及可靠性差,是现有折叠波导高频慢波模块进一步需要解决的问题。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处,本发明的目的在于提供一种轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管,具有大的输出功率。
为解决以上技术问题,本发明采取了以下技术方案:
一种轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管,包括轴对称折叠波导模块和设置于轴对称折叠波导模块上的同轴周期磁铁聚焦系统,所述轴对称折叠波导模块包括内导体和外导体,所述外导体套设于内导体外,所述内导体的外壁设置有外翅片,外导体的内壁设置有内翅片,所述外翅片与内翅片交错嵌置形成轴对称折叠波导结构,所述内导体和外导体上均设置有若干电子束通道,所述同轴周期磁铁聚焦系统设置于内导体内及外导体外。
所述的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管中,所述内翅片和外翅片均设置有供多个电子束通过的电子束通孔,所述电子束通孔同轴设置,形成所述电子束通道。
所述的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管中,所述内导体和外导体同轴设置。
所述的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管中,所述同轴周期磁铁聚焦系统包括永磁铁和极靴,所述永磁铁安装于极靴中。
所述的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管中,所述同轴周期磁铁聚焦系统还包括连接套,所述连接套设置于外导体的外壁上,所述连接套上具有供极靴安装的凹槽。
所述的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管中,所述同轴周期磁铁聚焦系统还包括固定件和端盖,所述固定件卡设于外导体上的永磁铁上,所述端盖连接于外导体及内导体的两端。
所述的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管中,内导体或者外导体上相邻的永磁铁的两端按异极依次交错设置,相邻的永磁铁的两侧按同极相对设置,内、外导体上相对的永磁铁之间同极相对设置。
所述的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管中,所述极靴和端盖由软磁金属材料制成。
所述的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管中,所述连接套由非导磁金属材料制成。
所述的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管中,所述固定件为卡环、绑带中的至少一种。
相较于现有技术,本发明提供的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管,包括轴对称折叠波导模块和设置于轴对称折叠波导模块上的同轴周期磁铁聚焦系统,通过轴对称折叠波导模块可承载的微波功率较大,以产生更大的微波功率。进一步地,本发明还通过多注电子束可以减小空间电荷效应,增大总电流,较于现有的平面带状电子束,本发明具有更容易传输电子束、稳定性好等优点,以获得更大的微波输出功率。本发明通过轴对称折叠波导内圆周方向的高次电磁波模式以获得更高的微波频率。本发明还通过所述同轴周期磁铁聚焦系统有利于提高电子束通道内磁场的轴向分量,减小径向分量。
附图说明
图1为本发明提供的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管的结构示意图。
图2为本发明提供的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管的剖面结构示意图。
图3为本发明提供的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管的内导体的结构示意图。
图4为本发明提供的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管的外导体的结构示意图。
图5为本发明提供的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管的内导体的剖面结构示意图。
图6为本发明提供的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管的外导体的剖面结构示意图。
附图标注说明:
三维轴对称折叠波导模块1 内导体11 内翅片121 外导体12外翅片111 电子束通孔13 同轴周期磁铁聚焦系统2 永磁铁21极靴22 连接套23 固定件24 端盖25
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
需要说明的是,当部件被称为“装设于”、“固定于”或“设置于”另一个部件上,它可以直接在另一个部件上或者可能同时存在居中部件。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件,它可以是直接连接到另一个部件或者可能同时存在居中部件。
还需要说明的是,本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语,仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的,而不应该认为是具有限制性的。本发明附图中的极靴22,连接套23,固定件24,端盖25的形状仅为示意性的,不应该认为是具有限制性的。
请参阅图1、图2、图3和图4,本发明提供的三维轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管,包括三维轴对称折叠波导模块1和设置于三维轴对称折叠波导模块1上的同轴周期磁铁聚焦系统2,所述三维轴对称折叠波导模块1包括内导体11和外导体12,所述外导体12套设于内导体11外,所述内导体11的外壁设置有外翅片111,外导体12的内壁设置有内翅片121,所述外翅片111与内翅片121交错嵌置形成三维轴对称折叠波导结构,通过所述三维轴对称折叠波导模块1可承载的微波功率较大。
进一步地,所述内导体11和外导体12上均设置有若干电子束通道(图中未标号),通过多注电子束可以减小空间电荷效应,增大总电流,产生更大的微波输出功率。本发明通过轴对称折叠波导内圆周方向的高次电磁波模式以获得更高的微波频率。较于现有的平面带状电子束,本发明具有更容易传输电子束、稳定等优点。
进一步地,所述同轴周期磁铁聚焦系统2设置于内导体11内及外导体12外,通过所述同轴周期磁铁聚焦系统2有利于提高电子束通道内磁场的轴向分量(与高频慢波结构对称轴平行),减小径向分量(与高频慢波结构对称轴垂直)。
其中,所述内导体11和外导体12均为圆柱形、方形柱或其他柱状,本发明优选为圆柱形,当然方形柱,正多边形柱也可用于本发明的内、外导体。
请一并参阅图5和图6,所述内翅片121和外翅片111均设置有供多个电子束通过的电子束通孔13,各电子束通孔13同轴设置,形成所述电子束通道,用于注入电子束。所述内翅片121和外翅片111中的电子束通孔13一一对应设置,使相应位置的电子束通孔13构成一圆柱状电子束通道,本实施例通过由多个电子束通孔13组成多电子束通道,比平面电子束更容易成型、稳定的特点。
较佳地,本实施例中,所述内导体11和外导体12同轴设置,各电子束通道穿过内、外导体分布在以内导体(或外导体)轴线为中心的圆上。进一步地,任一电子束通道的轴心至内导体11轴心的距离为内翅片121(或外翅片111)长度的多倍,前者与后者长度比值越大,高频慢波结构的工作模式越高、电子注的数量也越多、输出频率越高、输出功率越大,该方法工艺难度低,成品率高,如图2所示,所述内翅片121(或外翅片111)的长度为W,各电子束通道的轴心至内导体11轴心的距离为R,较低地,R为W的几倍以上(如10倍以上),在实现输出功率大的同时,成本低,同时也降低了加工工艺难度。
请继续参阅图1和图2,所述同轴周期磁铁聚焦系统2包括永磁铁21和极靴22,所述永磁铁21安装于极靴22中,通过所述永磁铁21可有利于提高电子束通道内磁场的轴向分量,减小径向分量。
其中,所述同轴周期磁铁聚焦系统2还包括连接套23,所述连接套23设置于外导体12的外壁上,所述连接套23上具有供极靴22安装的凹槽(图中未标号)。所述连接套23贴合外导体12的外壁设置,所述极靴22安装于凹槽中,所述永磁铁21安装于两相邻的极靴22形成的凹部中,形成周期永磁聚集系统。
所述同轴周期磁铁聚焦系统2还包括固定件24和端盖25,所述固定件24卡设于外导体12上的永磁铁21上,起到固定永磁铁21的作用,避免在使用过程永磁铁21产生位移或掉落。所述端盖25连接于外导体12及内导体11的两端,起到固定位于内导体11和外导体12两端的永磁铁21的作用,避免两端的永磁铁21产生位移或倾斜。
如图2所示,内导体11或者外导体12上相邻的永磁铁的两端按异极依次交错设置,相邻的永磁铁21的两端为指向内导体(或外导体)的内侧和外侧的方向,即在该方向上,相邻的永磁铁21呈S极、N极依次交错设置,同时使相邻的永磁铁21的相邻两侧面按同极相对设置,即沿内、外导体轴向,两磁铁的相邻侧面按S、S极或N、N极相对设置。内、外导体上相对的永磁铁21之间按同极相对设置,使同一导体上相邻的永磁铁21的两端呈异极排列、两侧按同极排列,同时使内外导体12同一径向上的永磁铁21呈同极相对排列,使内、外导体均采用周期同轴周期磁铁聚焦系统2有利于提高电子束通道内磁场的横向分量,减小纵向分量。
其中,所述极靴22和端盖25由软磁金属材料制成,如:纯铁、硅钢等都是软磁金属材料,其具有容易磁化、容易退磁、磁滞损耗小等特点。
所述连接套23由非导磁金属材料制成,如:镍铜合金、无氧铜等,使连接套23作为永磁铁21、极靴22的支撑件的同时,不会影响磁场的方向、大小的变化,避免涡流产生。
所述固定件24为卡环、绑带中的至少一种,起到固定永磁铁21的作用,具体地,所述固定件24由铍青铜、黄铜等制成,其具有延展可塑性强、抗压强高较高、耐性好等特点。
综上所述,本发明提供的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管,包括轴对称折叠波导模块和设置于轴对称折叠波导模块上的同轴周期磁铁聚焦系统,以及穿过轴对称折叠波导模块上的多个轴对称电子注通道,通过轴对称折叠波导模块可承载的微波功率大,工作频率高、互作用效率高,产生的微波功率大。进一步地,还通过多注电子束可以减小空间电荷效应,增大总电流,较于现有的平面带状电子束,本发明具有更容易传输电子束、稳定等优点,以获得更高的输出频率,及更大的输出功率。
本发明还通过所述同轴周期磁铁聚焦系统有利于提高电子束通道内磁场的轴向分量,减小径向分量。
此外,本发明还具有结构简单、易于成形、成品率高等特点。
可以理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管,其特征在于,包括轴对称折叠波导模块和设置于轴对称折叠波导模块上的同轴周期磁铁聚焦系统,所述轴对称折叠波导模块包括内导体和外导体,所述内导体和外导体同轴设置,所述外导体套设于内导体外,所述内导体的外壁设置有外翅片,外导体的内壁设置有内翅片,所述外翅片与内翅片交错嵌置形成轴对称折叠波导结构,所述内导体和外导体上均设置有若干电子束通道,所述同轴周期磁铁聚焦系统设置于内导体内及外导体外;
所述同轴周期磁铁聚焦系统包括永磁铁和极靴,所述永磁铁安装于极靴中;内导体或者外导体上相邻的永磁铁的两端按异极依次交错设置,相邻的永磁铁的两侧按同极相对设置,内、外导体上相对的永磁铁之间同极相对设置。
2.根据权利要求1所述的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管,其特征在于,所述内翅片和外翅片均设置有供电子束通过的电子束通孔,所述电子束通孔同轴设置,形成所述电子束通道。
3.根据权利要求1所述的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管,其特征在于,所述同轴周期磁铁聚焦系统还包括连接套,所述连接套设置于外导体的外壁上,所述连接套上具有供极靴安装的凹槽。
4.根据权利要求1所述的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管,其特征在于,所述同轴周期磁铁聚焦系统还包括固定件和端盖,所述固定件卡设于外导体上的永磁铁上,所述端盖连接于外导体及内导体的两端。
5.根据权利要求4所述的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管,其特征在于,所述极靴和端盖由软磁金属材料制成。
6.根据权利要求3所述的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管,其特征在于,所述连接套由非导磁金属材料制成。
7.根据权利要求4所述的轴对称折叠波导高频慢波结构的多电子注行波管,其特征在于,所述固定件为卡环、绑带中的至少一种。
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