CN113782405A - 一种谐振腔及其阻抗失配的调节方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种谐振腔阻抗失配的调节方法，包括：设置谐振腔中的内导体横截面为第一椭圆形；设置谐振腔中的外导体横截面为第二椭圆形；在所述谐振腔的波导耦合孔旁设置调节销钉；以及将谐振腔中的内导体与外导体偏心设置。同时本公开还提供一种速调管谐振腔，其由内至外包括内导体、内层电子注通道、外层电子注通道、以及外导体；其中，所述内导体的横截面为第一椭圆形；所述外导体的横截面为第二椭圆形；所述内导体与外导体偏心设置；所述谐振腔的波导耦合孔旁设置有调节销钉。

Description

一种谐振腔及其阻抗失配的调节方法

技术领域

本公开涉及真空电子学技术领域，尤其涉及一种速调管同轴谐振腔及其阻抗失配的调节方法。

背景技术

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；其高频互作用系统是分离的谐振腔，因而它具有高功率、高增益、高效率和高稳定性等优点。谐振腔作为速调管的高频互作用电路，其特性对速调管的功率、效率、增益和带宽等性能指标具有决定性影响。对于输出谐振腔，随着漂移管头直径的增大，谐振腔间隙电容增加，在保持有载品质因数定值的情况下，腔体与输出波导的耦合孔将导致内外层电子注通道上的电场不均匀性增加。

对于大功率多注速调管，采用同轴谐振腔可以改善内外层电子注通道上的电场不均匀性；但是对于诸如30注、37注、40注等高数目电子注的速调管，其谐振腔内外层电子注通道上的电场不均匀性依然非常严重。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种谐振腔及其阻抗失配的调节方法，以缓解现有技术中同轴谐振腔内外层电子注通道上的电场不均匀性严重等技术问题。

(二)技术方案

本公开的一个方面，提供一种谐振腔阻抗失配的调节方法，包括：设置谐振腔中的内导体横截面为第一椭圆形；设置谐振腔中的外导体横截面为第二椭圆形；在所述谐振腔的波导耦合孔旁设置调节销钉；以及将谐振腔中的内导体与外导体偏心设置。

根据本公开实施例，通过调整所述第一椭圆形的长轴和短轴的比例，改善内层电子注通道和外层电子注通道的电场强度的分布。

根据本公开实施例，通过调整所述第二椭圆形的长轴和短轴的比例，改善内层电子注通道和外层电子注通道的电场强度的分布。

根据本公开实施例，所述调节销钉的半径可调节。

根据本公开实施例，，所述调节销钉与外导体中心位置的距离可调节。

根据本公开实施例，通过设置所述调节销钉的半径和/或调节所述调节销钉与外导体中心位置的距离改善波导耦合孔附近电子注通道上电场强度的分布。

根据本公开实施例，通过调整内导体与外导体之间的偏心距离，改善谐振腔内层电子注通道和外层电子注通道上电场强度的分布。

本公开的另一方面，提供一种速调管谐振腔，其由内至外包括内导体、内层电子注通道、外层电子注通道、以及外导体；其中，所述内导体的横截面为第一椭圆形；所述外导体的横截面为第二椭圆形；所述内导体与外导体偏心设置；所述谐振腔的波导耦合孔旁设置有调节销钉。

根据本公开实施例，所述第一椭圆形中心和所述第二椭圆形的中心之间的偏心距离可调节。

根据本公开实施例，所述调节销钉设置于对应所述输出波导耦合孔处。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开谐振腔及其阻抗失配的调节方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)能够有效对谐振腔阻抗进行调节，降低不同电子注位置上阻抗的差异；

(2)可以改善内层和外层电子注的电场强度的分布；

(3)可以改善耦合孔附近电子注通道上电场强度的分布。

附图说明

图1为现有技术中单注圆柱形重入式谐振腔的结构示意图。

图2为现有技术中多注圆柱形重入式谐振腔的结构示意图。

图3为现有技术中常规同轴多注圆柱形重入式输出谐振腔的结构示意图。

图4为常规同轴多注圆柱形重入式输出谐振腔内、外层电子注的归一化电场强度沿圆周的变化曲线。

图5为本公开实施例的椭圆偏心结构同轴多注输出谐振腔的结构示意图。

图6为本公开实施例的谐振腔的中心处的结构示意图。

图7为内、外层电子注的对比图。

图8为本公开实施例的谐振腔阻抗失配的调节方法的流程图。

具体实施方式

本公开提供了一种谐振腔及其阻抗失配的调节方法，可以有效对同轴谐振腔阻抗进行调节，降低不同电子注位置上阻抗的差异，改善电子注通道上的电场强度的分布均匀性。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在实现本公开的过程中发明人发现，在现有的速调管中，为了使谐振腔中的高频电场有效地与轴向运动的电子注发生相互作用，通常采用带漂移管头的双重入式谐振腔，其高频电场集中在谐振腔间隙区域。图1为通常采用的工作于TM₀₁₀模的圆柱形重入式谐振腔及剖视图。根据速调管设计的特殊要求，也可以采用其它横截面形状的谐振腔。应该了解，特性阻抗R/Q和有载品质因数Q_L是输出谐振腔的两个重要参数。特性阻抗表示一个高频周期内谐振腔的储能在谐振腔间隙上建立电场的大小。特性阻抗越大，电子注与谐振腔高频电场的互作用越强，如下式：

R/Q＝[∫Edz]²/(2ω₀W)；

式中W为谐振腔储能，ω₀为工作角频率；

Q_L＝ω₀W/P；

上式中，P表示总的损耗功率，包括一个周期内腔体本身的平均损耗功率和与谐振腔耦合的外电路负载上损耗的功率；对于输出谐振腔与波导耦合的情况，有载品质因数Q_L的大小取决于耦合口的大小。

对于工作电压V₀和工作电流I₀的速调管，其直流阻抗Z₀＝V₀/I₀，为了使输出谐振腔获得最佳的电子互作用效率，通常要求R/Q·Q_L＝ (1.2～1.5)Z₀。在实际的速调管应用中，有的速调管工作于低电压，在保证一定输出功率的前提，就需要提高速调管的工作电流；大电流工作的速调管意味着电子枪阴极负荷的增加，为了降低电子枪阴极负荷，保证阴极寿命，需要采用多个电子枪阴极；采用多个电子枪阴极的速调管称为多注速调管；多注速调管采用的谐振腔为多注谐振腔。

在基模多注速调管中，一般采用的电子注数目为7、8、9、12、15、 17、30、37、40等。对于高功率多注速调管，电子注数目较大；在多注谐振腔内，由N个电子注漂移管集中在谐振腔中部，形成漂移管头，与单注速调管谐振腔相比(图1所示)，其漂移管头直径可以与谐振腔直径相比拟，如图2所示。图3为同轴多注圆柱形重入式输出谐振腔。为了获得特定的有载品质因数，耦合孔宽度为W，内导体半径为R1，腔体半径为R2。图4给出了内层电子注(半径Ri)和外层电子注(半径Ro)圆周上归一化电场强度沿圆周的变化曲线，从图4可以看出内外层电子注位置上归一化最大场强约是最小场强的3倍。

由此，在本公开实施例中，提供一种谐振腔阻抗失配的调节方法，已解决谐振腔内外层电子注通道上的电场不均匀性严重等技术问题，结合图 5至8所示，所述调节方法，包括：

操作S1：设置谐振腔中的内导体横截面为第一椭圆形；

根据本公开实施例，相比于如图3所示常规同轴多注输出谐振腔，本公开中的谐振腔中内导体设置为第一椭圆形状(如图5中所示，该第一椭圆形的长轴为a，短轴为b)，通过调整内导体长轴和短轴的比例，可以改善内层电子注通道和外层电子注通道的电场强度的分布。

操作S2：设置谐振腔中的外导体横截面为第二椭圆形；

根据本公开实施例，相比于如图3所示常规谐振腔，本公开中的谐振腔的外导体设置为第二椭圆形状(如图5中所示，该第二椭圆形的长轴为 A，短轴为B)，通过调整外导体长轴和短轴的比例，也可以改善内层和外层电子注通道的电场强度的分布。

操作S3：在所述谐振腔的波导耦合孔旁设置调节销钉；

根据本公开实施例，相比于如图3所示常规谐振腔，本公开中的谐振腔在所述谐振腔的波导耦合孔旁设置了调节销钉，如图5中所示，该调节销钉的半径为r，调节销钉与中心位置O的距离h可调节，通过调节销钉半径r和距离h可以改善耦合孔附近电子注通道上电场强度的分布。

操作S4：将谐振腔中的内导体与外导体偏心设置；

根据本公开实施例，相比于如图3所示常规谐振腔，本公开中的谐振腔的内导体与外导体采用偏心设置结构，如图6中所示，内导体中心O′与外导体中心O的偏心距离为d，通过调整内导体与外导体之间的偏心距离d，可以进一步改善整个谐振腔内外层电子注通道上电场强度的分布。

本公开还提供一种速调管的谐振腔，如图5-图6所示，谐振腔由内至外包括内导体、内层电子注通道、外层电子注通道、以及外导体；其中，所述内导体的横截面为第一椭圆形，如图6所示其中心为O′，所述第一椭圆形的长短轴比例可以根据实际需求进行调节，从而达到最优的电子注通道上电场强度的分布均匀性；所述外导体的横截面为第二椭圆形，如图6 所示其中心为O，所述第二椭圆形的长短轴比例可以根据实际需求进行调节，从而达到最优的电子注通道上电场强度的分布均匀性；所述内导体与外导体偏心设置，如图6所示，内导体中心O′与外导体中心O的偏心距离为d，该偏心距离可以根据实际需要进行调整或选择。

根据本公开实施例，所述谐振腔的波导耦合孔旁设置有调节销钉，所述调节销钉的半径可以根据实际需要进行调整或选择。

根据本公开实施例，如所述调节销钉设置于对应所述输出波导耦合孔处，如图5所示，所述调节销钉和外导体中心间的距离以根据实际需要进行调整或选择，从而达到最优的电子注通道上电场强度的分布均匀性。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开谐振腔及其阻抗失配的调节方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种谐振腔及其阻抗失配的调节方法，可以通过内、外导体的椭圆化设置及内、外导体间的偏心化设置有效对谐振腔阻抗进行调节，降低不同电子注位置上阻抗的差异。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/ 或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种谐振腔阻抗失配的调节方法，包括：

设置谐振腔中的内导体横截面为第一椭圆形；

设置谐振腔中的外导体横截面为第二椭圆形；

在所述谐振腔的波导耦合孔旁设置调节销钉；以及

将谐振腔中的内导体与外导体偏心设置。

2.根据权利要求1所述的谐振腔阻抗失配的调节方法，通过调整所述第一椭圆形的长轴和短轴的比例，改善内层电子注通道和外层电子注通道的电场强度的分布。

3.根据权利要求1所述的谐振腔阻抗失配的调节方法，通过调整所述第二椭圆形的长轴和短轴的比例，改善内层电子注通道和外层电子注通道的电场强度的分布。

4.根据权利要求1所述的谐振腔阻抗失配的调节方法，所述调节销钉的半径可调节。

5.根据权利要求4所述的谐振腔阻抗失配的调节方法，所述调节销钉与外导体中心位置的距离可调节。

6.根据权利要求5所述的谐振腔阻抗失配的调节方法，通过设置所述调节销钉的半径和/或调节所述调节销钉与外导体中心位置的距离改善波导耦合孔附近电子注通道上电场强度的分布。

7.根据权利要求1所述的谐振腔阻抗失配的调节方法，通过调整内导体与外导体之间的偏心距离，改善谐振腔内层电子注通道和外层电子注通道上电场强度的分布。

8.一种速调管谐振腔，其由内至外包括内导体、内层电子注通道、外层电子注通道、以及外导体；其中，

所述内导体的横截面为第一椭圆形；

所述外导体的横截面为第二椭圆形；

所述内导体与外导体偏心设置；

所述谐振腔的波导耦合孔旁设置有调节销钉。

9.根据权利要求8所述的速调管谐振腔，所述第一椭圆形中心和所述第二椭圆形的中心之间的偏心距离可调节。

10.根据权利要求8所述的速调管谐振腔，所述调节销钉设置于对应所述输出波导耦合孔处。

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