專利名稱：高次模多注速調(diào)管輸出電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微波源輸出電路，具體說(shuō)涉及一種高次模多注速調(diào)管輸出電路。
背景技術(shù)：
多注速調(diào)管是一類非常重要的大功率微波源，它的基本工作原理是首先在輸入腔中輸入較弱的微波信號(hào)對(duì)直流電子注進(jìn)行速度調(diào)制，然后讓電子注通過(guò)一段漂移管，使速度調(diào)制轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮幼⒌拿芏日{(diào)制，實(shí)現(xiàn)電子注的群聚；當(dāng)電子注進(jìn)入第二腔時(shí)，群聚電子注將會(huì)在第二腔的間隙中產(chǎn)生高頻感應(yīng)電流，其中的基波分量激勵(lì)起了第二腔的諧振，諧振產(chǎn)生的間隙電壓對(duì)電子注進(jìn)行第二次速度調(diào)制，然后再讓電子注通過(guò)一段漂移管實(shí)現(xiàn)更緊密群聚，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的速度調(diào)制和群聚過(guò)程，最后，當(dāng)已經(jīng)高度群聚的電子注進(jìn)入輸出腔時(shí)，在輸出腔的間隙處產(chǎn)生很強(qiáng)的高頻軸向電壓，該間隙電壓使電子注大幅減速，把電子注的直流能量轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒉埽⑼ㄟ^(guò)耦合電路將微波傳輸至負(fù)載。因此，多注速調(diào)管的輸出電路(包括輸出腔、耦合結(jié)構(gòu)和傳輸線)在整管工作中起到非常關(guān)鍵的作用，其設(shè)計(jì)好壞對(duì)整管的效率、帶寬、輸出功率和穩(wěn)定性都有重要的影響。
由于多注速調(diào)管具有輸出功率高、效率帶寬積大和結(jié)構(gòu)緊湊牢固等優(yōu)點(diǎn)，因此近十年來(lái)備受關(guān)注。但是，由于高射頻段(X波段以上)的基模諧振腔尺寸較小，在很小的橫截面上做很多電子注通道，這不僅工藝?yán)щy，而且電子注通過(guò)率低，速度離散嚴(yán)重，因此，研制高射頻段多注速調(diào)管非常困難，而且效率、帶寬和輸出功率都較低。為了提高高射頻段多注速調(diào)管的效率、帶寬和輸出功率，采用高次模諧振腔的思想應(yīng)運(yùn)而生。
然而，采用高次模諧振腔還有很多技術(shù)難題尚待解決，其中有一個(gè)難以克服的關(guān)鍵問題就是如何設(shè)計(jì)高次模輸出腔和輸出電路，才能使高次模輸出腔中互作用間隙處的軸向電場(chǎng)比較均勻，這對(duì)提高高次模多注速調(diào)管的效率、帶寬和工作穩(wěn)定性非常重要。
目前高次模多注速調(diào)管所采用的輸出電路大多為單間隙高次模諧振腔加載矩形波導(dǎo)型輸出電路，例如，圖1是目前所采用的一種X波段高次模多注速調(diào)管的輸出電路。在圖1所示輸出電路中，由于輸出腔與矩形波導(dǎo)耦合以后破壞了諧振腔中電磁場(chǎng)分布的對(duì)稱性，使靠近耦合口和遠(yuǎn)離耦合口處的軸向電場(chǎng)差別很大，這加劇了電子注的速度離散，導(dǎo)致注波換能效率低下，極大地限制了整管效率和輸出功率的提高，嚴(yán)重的速度離散還可能引起自激振蕩，使整管工作不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種高效率，頻帶寬，工作穩(wěn)定，并且體積小的高次模多注速調(diào)管輸出電路。
一種高次模多注速調(diào)管輸出電路，包括一個(gè)導(dǎo)體壁圍成的長(zhǎng)方體諧振腔以及與諧振腔連接成“丁”字形的同軸波導(dǎo)，諧振腔中間有一金屬隔層，即耦合壁，把諧振腔分隔為兩個(gè)完全相同的空隙；耦合壁中部約三分之一邊長(zhǎng)的區(qū)域開有“田”字形耦合槽，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)互作用間隙的耦合；“田”字形耦合槽中間“十”字形導(dǎo)體架的一端連接同軸波導(dǎo)的內(nèi)導(dǎo)體，以引出高頻電流，實(shí)現(xiàn)微波輸出；耦合壁兩邊各開有勻稱分布并且穿透諧振腔上下底面的六個(gè)小孔，形成12個(gè)電子注通道；耦合壁小孔外側(cè)各開有兩道對(duì)稱的弧形槽，以確?；プ饔瞄g隙處軸向電場(chǎng)更均勻，從而提高注波換能效率。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1為一種X波段高次模多注速調(diào)管的輸出電路；圖2為本發(fā)明提供的高次模多注速調(diào)管輸出電路的立體圖(去掉外蓋)；圖3為輸出電路圖2沿A-A的剖面圖(Z＝0)；圖4為輸出電路圖2沿B-B的剖面圖(Y＝0)；圖5為輸出電路圖2A-A剖面圖中電場(chǎng)分布(Z＝0)；圖6為輸出腔內(nèi)π模電場(chǎng)分布圖(Y＝0)；圖7為互作用間隙處TM310模電場(chǎng)分布圖(Z＝5)；圖中標(biāo)號(hào)所表示的部件為1-1孔，2-2孔，3-3孔，4-4孔，5-5孔，6-6孔，7-7孔，8-8孔，9-9孔，10-10孔，11-11孔，12-12孔，13為同軸波導(dǎo)的內(nèi)導(dǎo)體，14為弧形耦合槽，15為“十”字形導(dǎo)體架，16為“田”字形耦合槽，17為長(zhǎng)方體諧振腔，18為同軸波導(dǎo)，19為諧振腔中間的耦合壁，20為互作用間隙(上間隙)，21為互作用間隙(下間隙)。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D2、3、4，發(fā)明人提出了采用π模耦合雙間隙諧振腔加載同軸波導(dǎo)的新型輸出電路，并設(shè)計(jì)了一個(gè)可以工作于X波段的π模耦合雙間隙矩形TM310諧振腔加載同軸波導(dǎo)的輸出電路，該輸出電路最成功之處在于采用了雙間隙腔與同軸波導(dǎo)的“十”字形導(dǎo)體架耦合方式，既能有效地引出高頻電流，又能較好地保持腔內(nèi)軸向電場(chǎng)分布的均勻性。該電路包括一個(gè)導(dǎo)體壁圍成的長(zhǎng)方體諧振腔17以及與諧振腔連接成“丁”字形的同軸波導(dǎo)18，諧振腔中間的金屬隔層，即耦合壁19，耦合壁中部約三分之一邊長(zhǎng)的“田”字形耦合槽16，耦合壁兩邊勻稱分布并且穿透諧振腔上下底面的12個(gè)電子注通道，即小孔1-12，耦合壁小孔外側(cè)對(duì)稱分布的弧形槽14。
比較精確的模擬結(jié)果顯示該輸出電路中高次模輸出腔互作用間隙處軸向電場(chǎng)比較均勻，并且外觀品質(zhì)因數(shù)的大小適中，可以進(jìn)一步設(shè)計(jì)為寬帶輸出電路。因此，采用該類輸出電路將有利于提高X波段以上射頻段的高次模多注速調(diào)管的效率、帶寬和工作穩(wěn)定性。
π模耦合雙間隙矩形TM310諧振腔由兩個(gè)完全相同，工作于TM310模的矩形諧振腔組成，上下兩腔以耦合壁隔開，并通過(guò)在耦合壁中開多個(gè)耦合槽實(shí)現(xiàn)耦合，工作時(shí)上下兩腔處于π模狀態(tài)，即兩腔中電場(chǎng)相位相差π。
矩形TM310模諧振腔中電場(chǎng)分布是左右兩處極大值，中間為負(fù)極大值。在左右電場(chǎng)極大值處各開6個(gè)電子注孔，在中間電場(chǎng)負(fù)極大值處開“田”字形耦合槽。為了使12個(gè)電子注孔處的軸向電場(chǎng)更加均勻，在耦合壁左右再開了四個(gè)弧形小耦合槽以補(bǔ)償“田”字形耦合槽的影響。耦合壁的形狀如圖3所示。
由于上下兩腔工作于π模狀態(tài)，并且左右各個(gè)電子注孔處的軸向電場(chǎng)方向相同，因此注波互作用產(chǎn)生的高頻電流在耦合璧中互相加強(qiáng)，可以通過(guò)“十”字形導(dǎo)體架從耦合壁中引出電流，實(shí)現(xiàn)與同軸波導(dǎo)耦合。
“十”字形導(dǎo)體架既是“田”字形耦合槽的組成部分，又是輸出腔與同軸波導(dǎo)的耦合元件，這樣不會(huì)因?yàn)檫B接同軸波導(dǎo)以后破壞了輸出腔內(nèi)的電磁場(chǎng)分布，從而使12個(gè)電子注孔處軸向電場(chǎng)仍保持比較均勻。12個(gè)電子注孔處軸向電場(chǎng)比較均勻體現(xiàn)于表1.1。另外，采用“十”字形導(dǎo)體架耦合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輸出腔與同軸線耦合的強(qiáng)度也比較適中，這體現(xiàn)于輸出腔的外觀品質(zhì)因數(shù)的大小比較適中，Qext＝24.3。
表1.1 間隙電壓與最大值的相對(duì)值 其中孔2處的軸向電壓最大，其余孔處軸向電壓略小，已列于表1.1中。根據(jù)對(duì)稱性，孔7-孔12處的軸向電場(chǎng)分布與孔1-孔6相同。
外觀品質(zhì)因數(shù)Qext由公式f0f2-f1=ω0ω2-ω1=Qext]]>求得。針對(duì)發(fā)明人給定的結(jié)構(gòu)尺寸，經(jīng)計(jì)算得到f0＝9720MHz，f1＝9660MHz，f2＝10060MHz，因此Qext＝24.3。
Qext值大小適中，比較適合于寬帶輸出電路的設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種高次模多注速調(diào)管輸出電路，包括一個(gè)導(dǎo)體壁圍成的長(zhǎng)方體諧振腔以及與諧振腔連接成“丁”字形的同軸波導(dǎo)，諧振腔中間有一金屬隔層，也稱耦合壁，把諧振腔分隔為兩個(gè)完全相同的空隙；耦合壁中部約三分之一邊長(zhǎng)的區(qū)域開有“田”字形耦合槽；“田”字形耦合槽中間“十”字形導(dǎo)體架的一端連接同軸波導(dǎo)的內(nèi)導(dǎo)體；耦合壁兩邊各開有勻稱分布并且穿透諧振腔上下底面的1至25個(gè)小孔，形成電子注通道；耦合壁小孔外側(cè)各開有1至4個(gè)弧形槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高次模多注速調(diào)管輸出電路，其特征在于耦合壁兩邊各開有勻稱分布并且穿透諧振腔上下底面的6個(gè)小孔，形成電子注通道；耦合壁小孔外側(cè)各開有2個(gè)弧形槽。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高次模多注速調(diào)管輸出電路。包括一個(gè)導(dǎo)體壁圍成的長(zhǎng)方體諧振腔以及與諧振腔連接成“丁”字形的同軸波導(dǎo)。諧振腔中間有一金屬隔層(稱為耦合壁)，把諧振腔分隔為兩個(gè)完全相同的空隙(稱為互作用間隙)；耦合壁中部約三分之一邊長(zhǎng)的區(qū)域開有“田”字形耦合槽；“田”字形耦合槽中間“十”字形導(dǎo)體架的一端連接同軸波導(dǎo)的內(nèi)導(dǎo)體；耦合壁兩邊各開有勻稱分布并且穿透諧振腔上下底面的小孔，形成電子注通道；耦合壁小孔外側(cè)各開有弧形槽。本發(fā)明能提高高次模多注調(diào)速管的效率、寬帶和工作穩(wěn)定。
文檔編號(hào)H01J23/36GK101051594SQ200710027338
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者林福民, 袁文蛟 申請(qǐng)人:汕頭大學(xué)