高次模同轴输出腔的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微波电真空器件的特殊部件，尤其涉及一种用于多注速调管的可单模 工作的高次模同轴输出腔。
【背景技术】
[0002] 作为微波功率源，高峰值功率速调管在高能物理领域有着重要的应用价值，高能 加速器、对撞机、自由电子激光器等大型科学实验装置向紧凑型、高加速梯度方向的进一步 发展对高频段高功率速调管提出了需求。
[0003] 传统的速调管采用工作在基模的谐振腔，由于工作频率与腔体体积成反比，因而 随着工作频率的提高，其腔体体积会越来越小。速调管腔体体积变小使功率容量降低，这 一点对于输出腔尤为明显，群聚电子注会在输出腔激励起极强的感应电场，强电场容易造 成腔体间隙的高频击穿，进而引起束流崩溃，使速调管输出功率大幅下降甚至无法工作。此 外，较小的腔体体积无法提供足够的注-波互作用空间，限制了大阴极的使用，进而影响速 调管的输出功率水平。
[0004] 为了解决上述问题，采用同轴谐振腔，并使腔体工作在高次横磁TMnltl模式，以η个 或2η个电子注进行注-波互作用，由于同样的腔体体积下高次模式工作频率远高于基模， 因而高次模谐振腔可以使速调管在工作于高频段时仍具有较大的腔体体积，可以有效避免 高频击穿，并可为大阴极的采用提供足够的空间，可以大幅提高速调管功率容量。另外，由 于同轴腔为环形结构，可以在其空心部分放置杂模抑制装置，从而减小系统体积。
[0005] 但是，由于速调管是基于电子注速度调制原理的微波器件，经过调制的电子注在 到达输出腔时，含有丰富的谐波分量，在输出腔模式间隔较小的情况下，电子注容易激起非 工作模式，使速调管无法正常工作。对于高次模谐振腔来说，由于工作模式两侧均有诸多非 工作模式存在，因而其杂模震荡问题更为突出。此前，对速调管中的杂模抑制多采用通过耦 合孔在输出腔外耦合一个圆柱吸收腔的技术，这种技术的主要缺点是只能对特定震荡模式 进行吸收抑制，并且对工作模式有一定的衰减。此外，由于速调管杂模震荡频率是无法提前 明确的，采用这种方法，只能在震荡问题出现之后再采取相应措施。
【发明内容】
[0006] 本发明鉴于上述问题而作，目的在于提供一种可单模工作的多注速调管高次模同 轴输出腔，所采用的高次模同轴谐振腔，具有高功率容量和高工作频率的优点，所采用的杂 模抑制装置，对任何可能激起的非工作模式均具有衰减作用，并同时不对工作模式造成影 响，使同轴谐振腔能够在高次工作模式稳定运行，从而大幅提高多注速调管在高频段的功 率水平。
[0007] 为了实现上述目的，根据本发明，提供一种可单模工作的高次模同轴输出腔，用于 多注速调管，所述高次模同轴输出腔的特征在于，所述高次模同轴输出腔包括高次模同轴 谐振腔、杂模抑制装置以及输出波导，所述杂模抑制装置包括：衰减腔，其中置有微波吸收 材料；径向波导，使所述高次模同轴谐振腔中的包括工作模式在内的所有模式向外传输，并 且使除所述工作模式之外的其余模式即非工作模式传输进入所述衰减腔；以及扼流波导， 其在与所述径向波导的连接处对所述工作模式形成等效短路，从而将所述工作模式限制在 所述高次模同轴谐振腔内，使所述工作模式不能传输进入所述衰减腔。
[0008] 其次，在本发明的高次模同轴输出腔中，优选所述高次模同轴谐振腔包括谐振腔 体、谐振腔盖以及漂移管，所述杂模抑制装置通过形成于所述谐振腔体的内壁的耦合槽与 所述谐振腔体连接，所述输出波导通过形成于所述谐振腔体的外壁的耦合孔与所述谐振腔 体连接。
[0009] 其次，在本发明的高次模同轴输出腔中，优选所述径向波导的一端与所述谐振腔 体的内壁连接，另一端与所述衰减腔连接，所述扼流波导与所述径向波导垂直连接，处于所 述衰减腔与所述谐振腔体之间的特定位置。
[0010] 其次，在本发明的高次模同轴输出腔中，优选所述扼流波导的窄边中心线与所述 谐振腔体的内径之间的距离为λ gl/4的奇数倍，所述扼流波导的末端面与所述径向波导的 窄边中心线之间的距离为λ g2/4的奇数倍，其中Agl和Ag2分别为所述工作模式在所述径 向波导和所述扼流波导内的波导波长。
[0011] 其次，在本发明的高次模同轴输出腔中，优选所述高次模同轴谐振腔工作在TMnui 模式，所述漂移管有2n对，角向均匀分布，位于电场最强的区域，其中n=l、2、3……，所述输 出波导的宽边中心线垂直平分所述耦合孔附近周向相邻的两个漂移管中心的连接线。
[0012] 其次，在本发明的高次模同轴输出腔中，优选所述高次模同轴谐振腔工作在TMnui 模式，所述漂移管有η对，角向均匀分布，位于电场最强的区域，其中n=2、3、4……，所述输 出波导的宽边中心线垂直平分所述耦合孔附近周向相邻的两个漂移管中心的连接线。
[0013] 其次，在本发明的高次模同轴输出腔中，优选所述谐振腔体、所述漂移管、所述输 出波导、所述径向波导、所述扼流波导以及所述衰减腔由无氧铜构成，所述微波吸收材料为 SiC衰减材料，所述径向波导的一端通过高温钎焊与所述谐振腔体的内壁连接，另一端通过 高温钎焊与所述衰减腔连接，所述扼流波导通过高温钎焊与所述径向波导垂直连接，所述 输出波导通过高温钎焊而焊接在所述谐振腔体的外壁上，所述漂移管通过高温钎焊而焊接 在所述谐振腔体及所述谐振腔盖上；所述谐振腔盖与所述谐振腔体通过高温钎焊而焊接为 一体。
[0014] 其次，在本发明的高次模同轴输出腔中，优选在功率水平较高的情况下，所述输出 波导有多个，并且关于所述高次模同轴谐振腔的腔体轴线对称排列。
[0015] 其次，在本发明的高次模同轴输出腔中，优选所述微波吸收材料构成为形状与所 述衰减腔相同的整体结构，嵌入所述衰减腔内。
[0016] 其次，在本发明的高次模同轴输出腔中，优选所述微波吸收材料为SiC衰减材料， 其相对介电常数在20~25范围内，损耗正切在0. 6~0. 8范围内。
[0017] 根据本发明的多注速调管高次模同轴输出腔，能够对所有非工作模式震荡进行抑 制的同时对工作模式不造成影响，提高速调管在高频段的功率输出水平。并且能够使多注 速调管稳定工作于高次模式，使多注速调管在高频段能获得较高的输出功率。
【附图说明】
[0018] 通过参考以下组合附图对所采用的优选实施方式的详细描述，本发明的上述目 的、优点和特征将变得更显而易见，其中：
[0019] 图1是实施例所涉及的可单模工作的多注速调管高次模同轴输出腔的示意图。
[0020] 图2是实施例所涉及的可单模工作的多注速调管高次模同轴输出腔的构成示意 图。
[0021] 图3是实施例所涉及的杂模抑制装置的示意图。
[0022] 图4是图3所述的杂模抑制装置的剖视图。
[0023] 符号说明
[0024] 1…谐振腔体
[0025] 2…谐振腔盖
[0026] 3…漂移管