專利名稱：一種減小耦合腔行波管諧波輸出的慢波結(jié)構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微波真空電子器件領域，具體涉及一種減小耦合器行波管諧波輸出的 慢波結(jié)構。
背景技術：
行波管作為真空微波功率放大器件，具有頻帶寬、增益大、效率高、可靠性高等優(yōu) 點，在各類軍用微波發(fā)射機中有著廣泛的應用，被譽為武器裝備的“心臟”。行波管根據(jù)其慢 波結(jié)構可分為螺旋線行波管、耦合腔行波管等。由于耦合腔慢波結(jié)構散熱性能很好，能承受 相當大的功率，因此耦合腔慢波結(jié)構在大功率的行波管中應用廣泛。采用耦合腔慢波結(jié)構的行波管一般應用于各種雷達系統(tǒng)中作為末級功率放大器 件。由于行波管輸出信號的質(zhì)量直接影響整個雷達系統(tǒng)的性能，所以一般要求行波管輸出 信號的頻譜干凈，應當只有盡量小的雜散噪聲和各次諧波(特別是二次諧波)輸出。行波 管是一種利用高速電子注與微波信號互作用將電子注的動能轉(zhuǎn)化為微波能量，最后達到放 大功用的功率放大器件，由于行波管是用電子注的群聚來使電磁波得到增益，因此電子群 聚所帶來的豐富的諧波是每只行波管都無法避免的。特別是工作在增益飽和的狀態(tài)下，其 二次諧波的輸出功率將相當可觀，而各次諧波的輸出會影響行波管的輸出信號的質(zhì)量，并 最終影響雷達系統(tǒng)的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種減小耦合器行波管諧波輸出的慢波結(jié)構，解決耦合腔 行波管輸出功率頻譜中的各次諧波輸出對于行波管性能的影響。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為所述的這種減小耦合器行波管諧波輸出的慢波結(jié)構，包括驅(qū)動段和輸出段，在兩 段之間用吸收器隔開。所述驅(qū)動段和輸出段由數(shù)目不同的耦合腔組成，相鄰的耦合腔之間 通過膜片隔開。所述膜片上均設有耦合槽，相鄰膜片上耦合槽的位置不同。所述膜片上耦合槽均 為一個，耦合槽為腰形結(jié)構。耦合槽的作用是將微波信號耦合到耦合腔中與電子注相互作 用。在所述驅(qū)動段及輸出段的耦合腔中相鄰膜片上耦合槽的相位差為180°，在驅(qū)動 端末端位置的兩相鄰膜片上耦合槽的相位差為90° 士 15°，在輸出端末端位置的兩相鄰 膜片上耦合槽的相位差為90° 士 15°。通過改變耦合腔慢波結(jié)構中驅(qū)動段及輸出端末端兩相鄰膜片間耦合槽的相位差， 可有效的減小輸出功率頻譜中的各次諧波輸出。其作用原理為通常耦合腔行波管慢波結(jié)構的頻帶的色散是負的色散，也就是說 基波為反向波，但耦合腔行波管慢波系統(tǒng)的各次諧波輸出時不是基波，而是具有正的色散 的負一次空間諧波。應用本發(fā)明所述的耦合腔慢波系統(tǒng)時，可有效解決負一次空間諧波所伴生的二次空間諧波。設負一次空間諧波在耦合腔中通過每個腔的相位移動角度為義=I其中β -i
為負一次空間諧波的相位常數(shù)，L為慢波系統(tǒng)的周期。則負一次空間諧波的二次空間諧波的
Sw
移動角度為總^ = (2x^0^ = 1，這里用β 2來表示上述相位常數(shù)。當相鄰膜片上的耦合
5π
槽相位差為180°時，負一次空間諧波每腔相移為7相對應的電子注群聚塊在漂移管中 5π
的渡越角也是7此時耦合過來的微波與漂移管傳輸過來的群聚電子塊將持續(xù)相互作用， 相互作用的結(jié)果是微波信號得到加強，功率增大。負一次空間諧波的二次諧波的相速為VP2，則
W1 2說 2π{2/λ) ITrfx τ,
ρ2 二 t卡=2β,p^，式中下標有的代表負一次空間諧波的參數(shù)，下
標有2的代表負一次諧波的二次諧波的參數(shù)。上式中，ω為角頻率，f為頻率。其中Vp2為 二次諧波的相速，Vlri為負一次空間諧波的相速。可見二次諧波的相速與負一次空間諧波的 相速相等，因此也與電子注的速度相等，仍然滿足同步條件，可以持續(xù)的相互作用，相互作 用的結(jié)果是信號得到加強，功率增大。當將相鄰膜片間的耦合槽相位差由180°變成90°時，從耦合槽中耦合過來的
微波將比通過漂移管傳輸過來的群聚電子塊的相位提前，在工作點附近提前值約為I倍。
5π 1 5π
對負一次空間諧波，相位提前值為^7Xj = E對于二次諧波，相應的相位提前將成為
5π 1 5π ——χ _ 二—— 2 3 6 0相位提起的微波在與電子注相互作用時將導致兩種不同的結(jié)果對于負一次空間 諧波互作用的結(jié)果是功率會得到增強，對于二次諧波來說，互作用的結(jié)果是功率會得到減 弱。當將相鄰膜片間的耦合槽相位差由180°變成90°時，對負一次空間諧波來說功 率影響較小，對于其二次諧波來說，功率將衰減，也就達到了減小耦合腔行波管二次諧波功 率輸出，優(yōu)化頻譜特性的目的。本發(fā)明的優(yōu)點在于所述的這種減小耦合器行波管諧波輸出的慢波結(jié)構，通過對 耦合腔行波管慢波結(jié)構的改進，減小了耦合腔行波管二次諧波功率輸出，使得行波管輸出 信號的頻譜干凈，能有效提高行波管性能。


下面對本發(fā)明說明書各幅附圖表達的內(nèi)容及圖中的標記作簡要說明圖1為所述減小耦合器行波管諧波輸出的慢波結(jié)構的示意圖；圖2為圖1沿A-A方向截面示意圖；圖3為圖1沿B-B方向截面示意4
圖4為負一次諧波信號疊加示意圖；圖5負一次諧波的二次諧波信號疊加示意圖。上述圖中的標記均為1、驅(qū)動段；2、輸出段，3、吸收器，4、耦合腔，5、膜片，6、耦合槽。
具體實施例方式下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本發(fā)明的具體實施方式
如所涉及的各構 件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、各部分的作用及工作原理等，作進一 步詳細的說明，以幫助本領域技術人員對本發(fā)明的發(fā)明構思、技術方案有更完整、準確和深 入的理解。如圖1所述的減小耦合器行波管諧波輸出的慢波結(jié)構，包括驅(qū)動段1和輸出段2， 在兩段之間用吸收器3隔開。所述驅(qū)動段1和輸出段2由數(shù)目不同的耦合腔4組成，相鄰 的耦合腔4之間通過膜片5隔開。所述膜片5上均設有耦合槽6，相鄰膜片5上耦合槽6的位置不同。所述膜片5上 耦合槽6為一個，耦合槽6為腰形結(jié)構。在所述驅(qū)動段1及輸出段2的耦合腔4中相鄰膜片5上耦合槽6的相位差為 180°。如圖2及圖3所示，在驅(qū)動端1末端位置的兩相鄰膜片5上耦合槽6的相位差為 90°，在輸出端2末端位置的兩相鄰膜片5上耦合槽6的相位差為90°。作為本發(fā)明的另一種實施方式，在驅(qū)動端1末端位置的兩相鄰膜片5上耦合槽6 的相位差為105°，在輸出端2末端位置的兩相鄰膜片5上耦合槽6的相位差為105°。作為本發(fā)明的另一種實施方式，在驅(qū)動端1末端位置的兩相鄰膜片5上耦合槽6 的相位差為75°，在輸出端2末端位置的兩相鄰膜片5上耦合槽6的相位差為75°。本發(fā)明的工作原理為通常耦合腔行波管慢波結(jié)構的頻帶的色散是負的色散，也 就是說基波為反向波，但耦合腔行波管慢波系統(tǒng)的各次諧波輸出時不是基波，而是具有正 的色散的負一次空間諧波。應用本發(fā)明所述的耦合腔慢波系統(tǒng)時，可有效解決負一次空間 諧波所伴生的二次空間諧波。如圖4、圖5所示，負一次空間諧波在耦合腔中通過每個腔的相位移動角度為 r 5π
β= ^其中β —為負一次空間諧波的相位常數(shù)，L為慢波系統(tǒng)的周期。則負一次空間諧波的二次空間諧波的相位移動角度為總丄=(2 χ P_X)L =—，這里
用β 2來表示上述負一次空間諧波的二次空間諧波的相位常數(shù)。當相鄰膜片5上的耦合槽
5π
6相位差為180°時，負一次空間諧波每腔相移為7相對應的電子注群聚塊在漂移管中的 5π
渡越角也是7微波信號與電子注可以持續(xù)的相互作用，相互作用的結(jié)果都是信號得到加 強，功率增強。計算此時負一次空間諧波的二次諧波的相速VP2， Τ Wn 2^/1 2π(2 f,) 27if, Τ
ρ2=^=β= 2β =β= ρ-1，式中下標有的代表負一次空間諧波的參數(shù)，下
標有2的代表負一次諧波的二次諧波的參數(shù)。ω為角頻率，f為頻率。其中Vp2為二次諧波 的相速，Vp^1為負一次空間諧波的相速?？梢姸沃C波的相速與負一次空間諧波的相速相 等，因此也與電子注的速度相等，仍然滿足同步條件，可以持續(xù)的相互作用，相互作用的結(jié) 果是信號得到加強，功率增強。當將相鄰膜片5間的耦合槽6相位差由180°變成90°時，從耦合槽6中耦合過 來的線路波將比通過漂移管傳輸過來的群聚電子塊的相位提前，在工作點附近提前值約為 1 5π 1 5π
1倍。對負一次空間諧波，相位提前值為1><叾=77對于二次諧波，相應的相位提前將成 34 3 12 0
5π 1 5π為m。相位提起的微波在與電子注相互作用時將導致兩種不同的結(jié)果對于負一次空間 諧波互作用的結(jié)果是功率會得到增強，對于二次諧波來說，互作用的結(jié)果是功率會得到減 弱。當將相鄰膜片5間的耦合槽6相位差由180°變成90°時，對負一次空間諧波來 說功率影響較小，對于其二次諧波來說，功率將衰減，也就達到了減小耦合腔行波管二次諧 波功率輸出，優(yōu)化頻譜特性的目的。利用所述的這種減小耦合器行波管輸出諧波的慢波結(jié)構，在某X波段輸出功率為 1200W的耦合腔行波管，二次諧波的功率電平小于_55dBc，獲得了很好的效果。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式 的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構思和技術方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改 進將本發(fā)明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種減小耦合器行波管諧波輸出的慢波結(jié)構，包括驅(qū)動段(1)、輸出段( 及將兩段 隔開的吸收器(3)，其特征在于所述驅(qū)動段(1)和輸出段O)由數(shù)目不同的耦合腔(4)組 成，相鄰的耦合腔(4)之間通過膜片( 隔開，所述膜片( 上設有耦合槽(6)，在所述驅(qū)動 段(1)及輸出段O)的耦合腔中相鄰膜片(5)上耦合槽(6)的相位差為180°，在所 述驅(qū)動端(1)末端位置的兩相鄰膜片( 上耦合槽(6)的相位差為90° 士 15°，在輸出端 (2)末端位置的兩相鄰膜片(5)上耦合槽(6)的相位差為90° 士 15°。
2.按照權利要求1所述的減小耦合器行波管諧波輸出的慢波結(jié)構，其特征在于所述 膜片(5)上耦合槽(6)為一個，耦合槽(6)為腰形結(jié)構。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種減小耦合器行波管諧波輸出的慢波結(jié)構，其包括驅(qū)動段和輸出段及將兩段隔開的吸收器，所述驅(qū)動段和輸出段由數(shù)目不同的耦合腔組成，相鄰的耦合腔之間通過膜片隔開，所述膜片上均設有耦合槽，相鄰膜片上耦合槽的位置不同，在所述驅(qū)動段及輸出段的耦合腔中相鄰膜片上耦合槽的相位差為180°，在驅(qū)動端末端的相鄰膜片上耦合槽的相位差為90°±15°，在輸出端末端的相鄰膜片上耦合槽的相位差為90°±15°，本發(fā)明通過對耦合腔慢波系統(tǒng)的改進，可使得負一次空間諧波的二次諧波的相位提前，其結(jié)果是在與電子注相互作用時，輸出功率將大大衰減，從而達到減小耦合腔行波管二次諧波功率輸出，優(yōu)化頻譜特性的目的。
文檔編號H01J23/24GK102064068SQ20101052798
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月1日 優(yōu)先權日2010年11月1日
發(fā)明者余峰, 吳華夏, 方衛(wèi), 江祝苗, 沈旭東, 肖兵 申請人:安徽華東光電技術研究所