CN202076224U - 一种用于微波功率模块的行波管结构 - Google Patents

一种用于微波功率模块的行波管结构 Download PDF

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贺兆昌
高红梅
法朋亭
袁璟春
张文丙
程海
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Abstract

本实用新型公开了一种用于微波功率模块的行波管结构,包括电子枪、慢波系统、收集极、磁聚焦系统和输入输出系统,所述的电子枪的阳极与慢波系统的输入端盖焊接,所述的电子枪封盖的内表面上固定有吸气剂,所述的收集极的内芯第一级的端部伸入磁聚焦系统末端磁片的中心设置。采用上述结构,本实用新型具有以下优点:1、电子效率高达25%,收集极能量回收效率在70%以上,大大提高了管子的总效率;2、该行波管重量轻、体积小、散热能力强、耐冲击振动,具有很高的可靠性,适合应用于MPM系统。

Description

一种用于微波功率模块的行波管结构
技术领域
[0001] 本实用新型涉及微波电真空器件领域,特别涉及一种用于微波功率模块的行波管结构。
背景技术
[0002] 微波功率模块(MPM)是一种于20世纪90年代兴起的工作于微波与毫米波频段的高度小型化全集成新概念放大器,具有宽带、高效、低噪、小体积、重量轻等优点,其核心为一系列工作于微波与毫米波频段的小型化行波管。
[0003] 行波管主要由电子枪、慢波系统、收集极、磁聚焦系统和输入输出系统组成,电子枪用于产生具有一定形状和电流密度的电子注,其核心为阴极组件;慢波系统是信号与电子注的互作用场所,要求具有高的电子效率;收集极用于回收互作用后的电子注,要求具有高的能量回收效率;磁聚焦系统用于维持电子注的形状,保证电子注顺利通过慢波系统; 输入输出系统作为信号传输渠道,要求具有良好的匹配性能,降低信号反射,并能承受管子输出的功率电平。目前,传统的行波管工作带宽和电子效率较低,收集极能量回收效率低, 且体积和重量较大。
实用新型内容
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是,针对现有技术的不足,提供一种提高工作带宽、电子效率和收集极能量回收效率,并减小体积和重量的用于微波功率模块的行波管结构。
[0005] 为解决上述技术问题,本实用新型的技术方案是:一种用于微波功率模块的行波管结构,包括电子枪、慢波系统、收集极、磁聚焦系统和输入输出系统,所述的电子枪的阳极与慢波系统的输入端盖焊接,所述的电子枪的封盖的内表面上固定有吸气剂,所述的收集极的内芯第一级的端部伸入磁聚焦系统末端磁片的中心设置。
[0006] 所述的电子枪为金属陶瓷封接结构。
[0007] 所述的慢波系统包括螺旋线、夹持杆、衰减器和管壳,所述的螺旋线设置在管壳内,所述的夹持杆设置在螺旋线与管壳之间,所述的衰减器设置在夹持杆的输入端。
[0008] 所述的输入输出系统中输能窗的钼针通过钼金带与慢波系统的螺旋线焊接。
[0009] 所述的螺旋线采用高纯真空熔炼钼丝,螺旋线表面设有镀铜层。
[0010] 所述的夹持杆的楔形角为22. 5°。
[0011] 所述的输入输出系统采用同轴传输结构。
[0012] 所述的收集极内芯采用无氧铜,其内表面设有喷砂镀黑鉻层。
[0013] 所述的电子枪采用3mm覆膜浸渍型钡钨阴极。
[0014] 本实用新型采用上述结构,具有以下优点:1、电子效率高达25%,收集极能量回收效率在70%以上,大大提高了管子的总效率;2、该行波管重量轻、体积小、散热能力强、 耐冲击振动,具有很高的可靠性,适合应用于MPM系统。附图说明
[0015] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明;
[0016] 图1为本实用新型的结构示意图;
[0017] 图2为本实用新型中慢波系统的结构示意图;
[0018] 图3为本实用新型中螺旋线螺距分布图;
[0019] 图4为本实用新型中衰减器电阻分布图;
[0020] 在图1〜图2中,1、电子枪;2、慢波系统;3、收集极;4、磁聚焦系统;5、输入输出系统;6、电子枪阴极;7、电子枪聚焦极;8、电子枪阳极;9、输入端盖;10、封盖;11、吸气剂; 12、收集极内芯;13、钼针;14、钼金带;15、螺旋线;16、夹持杆;17、衰减器;18、管壳。
具体实施方式
[0021] 如图1〜图2所示一种用于微波功率模块的行波管结构,包括电子枪1、慢波系统 2、收集极3、磁聚焦系统4和输入输出系统5,电子枪1为金属陶瓷封接结构,电子枪1采用 3mm覆膜浸渍型钡钨阴极6,工作方式为电子枪聚焦极7控制,电子枪1的阳极8与慢波系统2的输入端盖9焊接,电子枪1的封盖10的内表面上固定有吸气剂11,收集极3的内芯 12第一级的端部伸入磁聚焦系统4末端磁片的中心设置。
[0022] 慢波系统2包括螺旋线15、夹持杆16、衰减器17和管壳18,螺旋线15设置在管壳18内,夹持杆16设置在螺旋线15与管壳18之间,衰减器17采用单段碳膜结构,衰减器 17设置在夹持杆16的输入端,总长8mm,其中包括4mm的均勻段和4mm的过渡段,均勻段电阻值为2ΚΩ。螺旋线15采用高纯真空熔炼钼丝,其尺寸为0. 13mmX0. 26mm,螺旋线15总长8mm,采用5阶螺距跳变,螺旋线15表面设有镀铜层。管壳18采用内径R = 1. 9mm的蒙乃尔材料制成。输入输出系统5中输能窗的钼针13通过钼金带14与慢波系统的螺旋线15 焊接。夹持杆16采用楔形的氧化铍材料,夹持杆16的楔形角为22. 5°。输入输出系统5 采用同轴传输结构,输入窗采用SMA接头与外传输线连接,输出窗采用TNC接头与外传输线连接。
[0023] 收集极采用四级降压结构,收集极内芯12采用无氧铜,其内表面设有喷砂镀黑鉻层,以减小二次电子发射,提高电子回收效率。磁聚焦系统4采用最大磁能积为164KJ/m3的钐钴材料,以减小整个磁系统的体积和重量,磁系统周期为7mm,峰值磁场为1700Gs。输入输出系统5采用相同的同轴传输结构,如图3所示为螺旋线螺距分布图。如图4所示为衰减器电阻分布图。
[0024] 该行波管的实际操作过程如下:根据管子的技术要求,选取阴极电流Ik = 60mA, 慢波电压Vtl = 4000V,计算电子注的速度、相速、导波波长、减速比、轴向相位常数和径向相位常数等物理参数;选取Ya= 1.2,计算确定螺旋线的平均半径和通道半径,采用 0. 13mmX0. 26mm高纯真空熔炼钼丝,内径R = 1. 9mm的蒙乃尔管壳以及具有良好导热性的楔形Be099夹持杆,初步设计衰减器结构;按以上确定的慢波结构利用TWTc软件进行互作用计算,调整螺旋线的节距和跳变位置,得到最佳的螺距分布;利用TWTc软件计算设计磁聚焦系统;利用TWTc软件计算电子枪结构,得到所需的电子注大小以及合适的注腰半径和位置;利用TWT CAD软件计算四级降压收集极,得到具有最大能量回收效率的结构;利用CST软件计算模拟输入输出系统;根据以上各部件的计算结果进行工艺试验,制作各零部件。
[0025] 上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述,显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本实用新型的技术方案进行的各种改进,或未经改进直接应用于其它场合的,均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1. 一种用于微波功率模块的行波管结构,包括电子枪(1)、慢波系统O)、收集极(3)、 磁聚焦系统(4)和输入输出系统(5),其特征在于:所述的电子枪(1)的阳极(8)与慢波系统O)的输入端盖(9)焊接,所述的电子枪(1)的封盖(10)的内表面上固定有吸气剂(11), 所述的收集极(3)的内芯(12)第一级的端部伸入磁聚焦系统(4)末端磁片的中心设置。
2.根据权利要求1所述的一种用于微波功率模块的行波管结构,其特征在于:所述的电子枪(1)为金属陶瓷封接结构。
3.根据权利要求1所述的一种用于微波功率模块的行波管结构,其特征在于:所述的慢波系统(2)包括螺旋线(15)、夹持杆(16)、衰减器(17)和管壳(18),所述的螺旋线(15) 设置在管壳(18)内,所述的夹持杆(16)设置在螺旋线(1¾与管壳(18)之间,所述的衰减器(17)设置在夹持杆(16)的输入端。
4.根据权利要求1或3所述的一种用于微波功率模块的行波管结构,其特征在于:所述的输入输出系统(5)中输能窗的钼针(13)通过钼金带(14)与慢波系统的螺旋线(15) 焊接。
5.根据权利要求3所述的一种用于微波功率模块的行波管结构,其特征在于:所述的螺旋线(15)采用高纯真空熔炼钼丝,螺旋线表面设有镀铜层。
6.根据权利要求3所述的一种用于微波功率模块的行波管结构,其特征在于:所述的夹持杆(16)的楔形角为22. 5°。
7.根据权利要求1所述的一种用于微波功率模块的行波管结构,其特征在于:所述的输入输出系统(5)采用同轴传输结构。
8.根据权利要求1所述的一种用于微波功率模块的行波管结构,其特征在于:所述的收集极内芯(1¾采用无氧铜,其内表面设有喷砂镀黑鉻层。
9.根据权利要求1所述的一种用于微波功率模块的行波管结构,其特征在于:所述的电子枪⑴采用3mm覆膜浸渍型钡钨阴极(6)。
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