CN203839338U - 一种内置收集极的相对论速调管放大器输出腔 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种内置收集极的相对论速调管放大器输出腔，输出腔鼻锥从输入方向朝向收集极连接处外径逐渐变大，收集极从与输出腔鼻锥连接处朝向收集极主体方向内径逐渐变大，在支撑杆与输出腔端盖之间的输出腔外筒内壁上设置有凸台，且三根支撑杆在输出腔外筒内同一圆周截面上均匀分布；本实用新型在不降低输出腔内电场角向均匀性的情况下降低输出腔Q值，从而降低输出腔中的电场强度，减少回流电子，降低回流电子对相对论速调管放大器工作稳定性的不利影响；降低电子束轰击收集极内表面的功率密度，减小二次电子和其他杂质的产生；进一步防止二次电子和其他杂质逸出收集极，从而提高RKA长脉冲重频运行的能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及微波电子学领域，具体涉及到一种内置收集极的相对论速调管放大器输出腔。
背景技术
相对论速调管放大器（RKA）是最具潜力的高功率微波产生器件之一，它通过电子束与高频场的相互作用将电子束的能量转换为微波能量。在RKA中，电子束的群聚和微波提取过程在不同区域完成，每种功能可以独立调试到最佳，因此具有高功率高效率等优点。其中，提高相对论速调管放大器长脉冲重频运行的稳定性是研究的重点之一。
目前，在传统的内置收集极的圆柱输出腔中，受输出腔结构限制，电子束在经过输出腔间隙后会直接轰击到收集极上，其较高功率密度导致收集极产生二次电子和其他杂质，二次电子和杂质逸出到输出腔间隙后会引起振荡、效率降低，影响RKA长脉冲重频运行的稳定性。
在输出腔方面影响相对论速调管放大器长脉冲重频运行稳定性的因素主要有两个：一是输出腔Q值较大，使得电子束在输出腔间隙激励起来的电场强度较高，引起部分电子回流（速调管放大器中要避免电子回流），回流电子会影响输出腔前其他腔的正常工作，降低微波输出的稳定性；二是受输出腔结构限制，电子束在经过输出腔间隙后会直接轰击到收集极上，其较高功率密度导致收集极产生二次电子和其他杂质，二次电子和杂质逸出到输出腔间隙后会引起振荡、效率降低，影响相对论速调管放大器长脉冲重频运行的稳定性。
实用新型内容
本实用新型的目的是通过改进相对论速调管放大器输出腔和收集极结构，提高相对论速调管放大器的长脉冲重频运行的稳定性；
进一步的是降低输出腔Q值，减小回流电子对RKA长脉冲重频运行的影响；
进一步的降低电子束轰击收集极产生的二次电子对RKA长脉冲重频运行的影响。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案：一种内置收集极的相对论速调管放大器输出腔，包括漂移管、输出腔端盖、输出腔外筒、输出腔鼻锥、支撑杆和收集极；所述漂移管与输出腔端盖连接，输出腔外筒左端与输出腔端盖相连，所述输出腔鼻锥和收集极相连并通过支撑杆固定于输出腔外筒内；所述输出腔鼻锥从输入方向朝向收集极连接处外径逐渐变大，所述收集极从与输出腔鼻锥连接处朝向收集极主体方向内径逐渐变大。
在上述技术方案中，为所述输出腔外筒内壁设置有圆周对称的凸台。
在上述技术方案中，所述凸台设置在支撑杆与输出腔端盖之间的输出腔外筒内壁上。
在上述技术方案中，所述收集极与输出腔外筒之间设置有三根支撑杆。
在上述技术方案中，所述三根支撑杆在输出腔外筒内同一圆周截面上均匀分布。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
一是在输出腔外筒加入了一个凸台结构并减少支撑杆数目后，可以在不降低输出腔内电场角向均匀性的情况下降低输出腔Q值，从而降低输出腔中的电场强度，减少回流电子，降低回流电子对相对论速调管放大器工作稳定性的不利影响；
二是把收集极扩大后，可以降低电子束轰击收集极内表面的功率密度，减小二次电子和其他杂质的产生；
三是喇叭口形的收集极入口可以进一步防止二次电子和其他杂质逸出收集极，从而提高RKA长脉冲重频运行的能力。
附图说明
本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是传统的内置收集极的输出腔的结构剖视图；
图2是图1的A-A视图；
图3是本实用新型的内置收集极输出腔的结构剖视图；
图4是图2的A-A视图；
其中：1是漂移管，2是输出腔端盖，3是输出腔外筒，4是输出腔鼻锥， 5是支撑杆， 6是收集极， 7是电子束。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
如图1 和图2所示，传统的相对论速调管放大器输出腔包括漂移管1、输出腔端盖2、输出腔外筒3、输出腔鼻锥4、支撑杆5和收集极6；漂移管1的一端外接相对论速调管放大器的群聚段，另一端与输出腔端盖2连接，输出腔端盖2的另一端连接输出腔外筒3，输出腔外筒3的另一端连接负载；输出腔鼻锥4和收集极6相连并通过支撑杆5固定于输出腔外筒3内，支撑杆5是由沿圆周方向均匀分布的多个支撑组成，支撑内半径与收集极6外半径相同，支撑杆5内端与收集极6连接，外端与输出腔外筒3连接。
相对论速调管放大器输出腔的工作原理为：已经群聚的环形电子束7从漂移管1进入，在外加磁场的作用下沿轴向移动，在电子束进入输出腔端盖2和输出腔鼻锥4之间的间隙时，在输出腔（指输出腔端盖2、输出腔外筒3、输出腔鼻锥4、支撑杆5之间的区域）中激励起高频场，高频场的能量从支撑杆5的多个支撑之间传输到输出腔外筒3与收集极6形成的同轴线，进而输出到后端的负载，从而完成微波提取过程。电子束在穿过输出腔间隙（输出腔端盖2与支撑杆5之间的区域）后继续移动，由于外加磁场在收集极区域迅速降低，在空间电荷力的作用下，电子束开始扩散，环形电子束外边缘电子较内边缘电子扩散快，电子束横截面接扩大，以较低功率密度轰击收集极6内表面，电子束剩余的能量转化为热能。
本实用新型针对现有的相对论速调管放大器输出腔进行结构上的改进以达到相应的目的，具体实施如下。
措施一：为了降低输出腔Q值，减小回流电子对RKA长脉冲重频运行的影响，需要在不引起输出腔电场角向均匀性变差的情况下减少支撑杆的数目。
在输出腔端盖2与支撑杆5之间的输出腔外筒3上设置有凸台，如图3所示，同时减少支撑杆5的数量，将传统的六根支撑杆5如图2所示改成本实用新型的三根支撑杆5如图4所示，支撑杆5在输出腔外筒3的截面同一平面上均匀分布。
支撑杆5数目减少，可以有效降低输出腔的Ｑ值；加入的凸台是角向均匀的，作为输出腔高频场的一个反射点，可以在支撑杆数目减少的情况下保证输出腔中电场的角向均匀性。较低的Ｑ值可以降低输出腔中的电场强度，减少回流电子，提高相对论速调管放大器的工作稳定性。
措施二：为了降低电子束轰击收集极产生的二次电子对RKA长脉冲重频运行的影响，一方面需要减小二次电子和其他杂质的产生，另一方面需要防止二次电子和其他杂质逸出收集极并进入到输出腔间隙。
如图3所示，将传统的收集极6入口修改成喇叭口形，同时将输出腔鼻锥4的外半径设计成渐变形，从输入方向到收集极方向，将输出腔鼻锥4的外径逐渐变大，同时将收集极6从与输出腔鼻锥4连接处到输出方向内径逐渐变大，并增加收集极6主体的长度。
由于外加磁场强度在收集极区域会迅速降低，把输出腔鼻锥4外半径和收集极6内外半径扩大后，可以使电子束在收集极处迅速扩散，降低电子束轰击收集极内表面的功率密度，从而减小二次电子和其他杂质的产生；喇叭口形的收集极入口可以进一步防止二次电子和其他杂质逸出收集极，提高RKA长脉冲重频运行的稳定性。
实施例
作为本实用新型的一个特例，考虑一个S波段RKA输出腔和收集极。其中，漂移管内外半径分别为2.4cm、2.8cm，输出腔外筒内外半径分别为4.8cm、5.2cm，凸台左端距输出腔端盖1.5cm，左侧直筒段内半径4.4cm，长0.5cm，右侧渐变段长3.0cm；；支撑杆内外半径分别为4.0cm、4.8cm，距输出腔端盖5.0cm，共有3个支撑，每个支撑宽0.5cm；鼻锥总长3.5cm，距输出腔端盖1.5cm，内半径2.4cm，左侧直筒段外半径3.0cm，长0.5cm，右侧外半径为4.0cm；收集极外半径4.0cm，左侧渐变段内半径由2.4cm变为3.8cm，长4.0cm，中部直筒段长6.0cm，右侧渐变段半径由3.8cm变为1.6cm，长4.0cm。在实验中，电子束从输出腔左端进入输出腔，在电子束脉宽200ns，内外半径分别为1.9 cm、2.1cm，束压600kV，束流5kA，基波电流4kA的情况下，输出微波功率700MW，重频25Hz运行1s未出现输出微波幅度降低和脉宽缩短的现象。
同样条件下，传统的内置收集极的圆柱形输出腔输出功率700MW，在重频10Hz运行1s时后4个输出脉冲就已经出现了微波幅度降低和脉宽缩短的现象。可见，扩大收集极尺寸并将收集极入口改为喇叭口形可以提高RKA长脉冲重频运行的稳定性。
本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (6)
1.一种内置收集极的相对论速调管放大器输出腔，包括漂移管、输出腔端盖、输出腔外筒、输出腔鼻锥、支撑杆和收集极；所述漂移管与输出腔端盖连接，输出腔外筒左端与输出腔端盖相连，所述输出腔鼻锥和收集极相连并通过支撑杆固定于输出腔外筒内；其特征为所述输出腔鼻锥从输入方向朝向收集极连接处外径逐渐变大，所述收集极从与输出腔鼻锥连接处朝向收集极主体方向内径逐渐变大。
2.根据权利要求1所述的一种内置收集极的相对论速调管放大器输出腔，其特征为所述输出腔外筒内壁设置有凸台。
3.根据权利要求2所述的一种内置收集极的相对论速调管放大器输出腔，其特征为所述凸台设置在支撑杆与输出腔端盖之间的输出腔外筒内壁上。
4.根据权利要求3所述的一种内置收集极的相对论速调管放大器输出腔，其特征为所述凸台为圆周对称设置。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种内置收集极的相对论速调管放大器输出腔，其特征为所述收集极与输出腔外筒之间设置有三根支撑杆。
6.根据权利要求5所述的一种内置收集极的相对论速调管放大器输出腔，其特征为所述三根支撑杆在输出腔外筒内同一圆周截面上均匀分布。
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| CN103996590A (zh) * | 2014-04-24 | 2014-08-20 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种内置收集极的相对论速调管放大器输出腔 |
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