一种速调管输出谐振腔的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种太赫兹频段扩展互作用速调管输出腔，该输出腔包括三部分：第一部分为下盖板，第二部分为梯芯，第三部分为上盖板及波导，其中：下盖板是在一块平整金属铜上铣出一个长方体构成的；梯芯是在金属铜块上开有长度不一的八个槽，该金属块的中间开有一个电子穿过槽的漂移管通道；上盖板及波导是由与下盖板结构一致的上盖板和标准波导连接在一起，它们之间通过开口可以实现太赫兹频段电磁波的传输。本发明简单易行，该结构具有加工容易，工艺处理难度小等特点，相对于传统折叠波导结构，具有输出功率高、频带宽和增益高等特点，可以更加稳定和可靠的工作在太赫兹频段。
【专利说明】一种速调管输出谐振腔
【技术领域】
[0001]本发明涉及电真空【技术领域】，尤其涉及一种速调管的太赫兹频段八间隙扩展互作用输出谐振腔。
【背景技术】
[0002]在微波电真空器件大家族中，速调管属于其中的一种，其是在真空状态下，利用带电粒子在电极间运动过程中实现微波信号的振荡或放大的一种电子器件。但是随着频率的增加，特别是在太赫兹频段，其输出功率、带宽和增益都大大降低，因此传统速调管就很难有所作为了，本发明采用了多间隙扩展互作用输出腔，该谐振腔具有高功率、高增益和宽频带等特点。
【发明内容】
[0003]鉴于上述技术问题，本发明提供了一种太赫兹频段八间隙扩展互作用输出腔，以实现高功率、高增益和超宽带的太赫兹频段八间隙扩展互作用输出腔。
[0004]根据本发明一方面，其提供了一种速调管输出腔，其特征在于，该输出腔包括:下盖板、梯芯、上盖板和输出波导，其中:所述梯芯上具有横穿上下两端面的8个槽和穿过前后端面的电子漂移管通道，所述电子漂移管通道穿过所述8个槽中心，所述梯芯的上下端面分别与所述上、下盖板连接，所述上盖板具有耦合孔，所述输出波导与所述耦合孔连通。
[0005]从上述技术方案可以看出，本发明太赫兹频段八间隙扩展互作用输出腔具有以下有益效果:
[0006](I)在太赫兹频段采用八间隙谐振腔具有较高的增益和频带宽。
[0007](2)该输出腔采用了新型的梯芯结构，其结构简单易行。
[0008]本发明公开一种太赫兹频段八间隙扩展互作用输出腔，在提高带宽和功率方面有其独特的优势，解决了传统速调管在太赫兹频段功率小和频带窄的缺点。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明实施太赫兹频段八间隙扩展互作用输出腔的结构示意图；
[0010]图2示出了本发明实施例中调速管输出腔的下盖板结构示意图；
[0011]图3(A)示出了本发明实施例中调速管输出腔的梯芯立体结构示意图；
[0012]图3(B)示出了本发明实施例中调速管输出腔的梯芯横剖面结构示意图；
[0013]图4(A)示出了本发明上盖板及波导的结构示意图；
[0014]图4(B)示出了本发明上盖板的结构示意图；
[0015]图4(C)示出了本发明中输出波导的结构示意图；
[0016]图5(A)在输出波导与输出腔I禹合孔垂直方向不出了本发明中电子束与输出腔发生互作用时产生的太赫兹波的电场分布图；
[0017]图5 (B)不在电子束传播方向上不出了本发明中电子束与输出腔发生互作用时产生的太赫兹波的电场分布图；
[0018]图5(C)示出了本发明中电子束在输出腔中的群聚空间图；
[0019]图5(D)不出了本发明中电子束在输出腔中的轴向动量分布图；
[0020]图5(E)示出了本发明中输出腔输出波导测得的功率。
【具体实施方式】
[0021]为使本发明的目的、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，对本发明作进一步的详细说明。
[0022]本发明公开了一种速调管的太赫兹频段八间隙扩展互作用输出腔，该输出腔的结构能够在太赫兹频段实现宽频带和大功率，它与群聚好的电子束发生注波互作用，将电子束的直流能量转化成太赫兹电磁波，从而实现了太赫兹频段信号的放大。
[0023]图1示出了本发明的一个示例性实施例中提供了一种速调管的太赫兹频段八间隙扩展互作用输出腔结构示意图。如图1所示，所述太赫兹频段八间隙扩展互作用输出腔包括:下盖板1、梯芯2和上盖板及波导3，带有谐波电流的电子束通过该输出腔时，电子束的直流能量与输出腔产生能量交换，高频能量从输出波导输出。
[0024]以下分别对本实施例输出腔的各个组成部分进行详细描述。所述输出腔的各个组成部分的结构是通过电性能设计、工程设计、精密机械加工、钎焊和烘排除气等过程实现的。
[0025]图2示出了本发明实施例中调速管输出腔的下盖板结构示意图。如图2所示，该下盖板I为一具有内凹面的长方体盖状结构，其内凹面也为长方体状，且其边缘具有长方形框架。所述下盖板I是通过在长方体金属铜块内铣出一个小的长方体，形成所述上盖板I，它的内凹面一侧与梯芯2通过扩散焊连接。
[0026]图3(A)示出了本发明实施例中调速管输出腔的梯芯立体结构示意图；图3(B)示出了本发明实施例中调速管输出腔的梯芯横剖面结构示意图。如图3(A)和图3(B)所示，梯芯2为长方体状结构，其上具有横穿上下两端面的8个槽，由于在太赫兹频段，谐振腔尺寸很小，要达到较大的功率量级，需要压缩比很大的电子枪发射系统，所以太少的槽，导致电子束交出的能量太少，同时还可能导致槽耐压不够，槽之间发生打火现象；如果槽太多会导致电子束的聚焦系统的难度，目前国际上，都采用永磁聚焦系统，而永磁聚焦是有很大的难度。且所述长方体状结构中心具有穿过所述8个槽的漂移管通道。所述梯芯2的上下两端面分别与下盖板I和上盖板及波导3通过扩散焊连接。所述8个槽的长度以及宽度可以相同也可以不同。
[0027]图4㈧示出了本发明上盖板及波导的结构示意图；图4?)示出了本发明上盖板的结构示意图；图4(0示出了本发明中输出波导的结构示意图。如图4㈧?4(C)所示，上盖板及波导3是由上盖板和输出波导构成，其中上盖板与下盖板结构是一致的，大小形状都相同，只是上盖板上还开有一个耦合孔，该耦合孔与输出波导实现有效的传输。所述输出波导呈为具有输出通道的中空结构，且竖直放置于所述上盖板上表面，使得所述输出通道与所述耦合孔相连通。所述上盖板的下表面与梯芯2连接。
[0028]电子束在速调管的群聚段获得了较高的高频电流，在到达输出腔时，其槽上感应出高频电压，该高频电压与电子束发生能量交换，电子束的能量交给输出腔，输出腔获得的高频能量通过上盖板的耦合孔传输到输出波导，从而有效实现了微波能量的转换。
[0029]图5㈧在输出波导与输出腔耦合孔垂直方向示出了本发明中电子束与输出腔发生互作用时产生的太赫兹波的电场分布图；图5?)示在电子束传播方向上示出了本发明中电子束与输出腔发生互作用时产生的太赫兹波的电场分布图；图5(C)示出了本发明中电子束在输出腔中的群聚空间图；图5(0)示出了本发明中电子束在输出腔中的轴向动量分布图；图5(E)示出了本发明中输出腔输出波导测得的功率。图5(A)?(E)均是利用粒子模拟软件得出的结果，很明显看出在太赫兹频带获得了千瓦量级的电磁波，其带宽也大于 1.5GHz。
[0030]至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明太赫兹频段八间隙扩展互作用输出腔有了清楚的认识。
[0031]此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构或形状，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换，例如:
[0032](I)上、下盖板的形状不仅限于长方体结构，还可以是其它结构，如圆柱体、椭圆形等结构；
[0033]梯芯的形状、长度、宽度和厚度，以及槽的长短，都可以不同的参数来代替。
[0034]综上所述，本发明提供一种太赫兹频段八间隙扩展互作用输出腔，可以在太赫兹频段有效实现宽频带和大功率，解决了传统速调管在太赫兹频带的不利因素，大大提高了太赫兹频带的真空器件的发展。
[0035]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种速调管输出腔，其特征在于，该输出腔包括:下盖板、梯芯、上盖板和输出波导，其中:所述梯芯上具有横穿上下两端面的8个槽和穿过前后端面的电子漂移管通道，所述电子漂移管通道穿过所述8个槽中心，所述梯芯的上下端面分别与所述上、下盖板连接，所述上盖板具有耦合孔，所述输出波导与所述耦合孔连通。
2.如权利要求1所述的输出腔，其特征在于，所述8个槽的宽度和长度不同。
3.如权利要求1所述的输出腔，其特征在于，所述上、下盖板为长方体结构，是通过在长方体结构内铣出一个小的长方体而形成。
4.如权利要求3所述的输出腔，其特征在于，所述梯芯为长方体结构。
5.如权利要求1-4任一项所述的输出腔，其特征在于，所述上、下盖板和梯芯的材料为金属铜。
6.如权利要求1所述的输出腔，其特征在于，所述输出波导为中空结构，其与所述上盖板上的耦合孔实现了太赫兹频段电磁波的传输。
7.如权利要求1所述的输出腔，其特征在于，所述输出腔用于输出太赫兹频段电磁波。
8.如权利要求1所述的输出腔，其特征在于，所述上、下盖板均具有内凹面，所述梯芯与所述上、下盖板的内凹面一侧连接。
【文档编号】H01J23/36GK103824738SQ201410102523
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】钟勇, 王勇 申请人:中国科学院电子学研究所