一种相对论速调管放大器输出腔的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及的是微波电子学领域，尤其是一种相对论速调管放大器输出腔。
【背景技术】
[0002]随着等离子体技术、脉冲功率技术的进步以及复杂PIC模拟工具的发展，高功率微波技术也迅速地发展起来，尤其是在高功率微波源的研制方面取得了极大的进展，先后出现了很多种不同类型的高功率微波器件。相对论速调管放大器是一类重要的高功率微波器件，具有高功率、高效率、输出微波相位和幅度稳定等优点，在新型加速器、高功率雷达、新型通信系统等领域都有广泛的应用。为了向更高的功率方向发展，必须提高电子束的束压和束流。束压和束流提高以后，微波输出功率也得到相应的提高。但是大的电子束束流会产生较大的空间电荷力，使电子的动能降低，从而降低相对论速调管的转换效率；另一方面，在输出微波功率较大的情况下，输出腔的电场强度会比较高，若大于击穿阈值则会产生电场击穿，使器件无法正常工作，这是现有技术所存在的不足之处。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种相对论速调管放大器输出腔的技术方案，该方案在输出腔外筒上设置的外叶片、输出腔内导体上设置的内叶片、鼻锥、外支撑环、内支撑环、收集极、耦合环的结构，能够增大微波与电子束相互作用区的长度，可以降低输出腔的电场强度，避免电场击穿，并且半径渐变叶片结构改变了微波与电子束相互作用区的场分布，有利于电子束能量的提取和微波向外传播，进而提高输出腔的能量转换效率。
[0004]本方案是通过如下技术措施来实现的:
[0005]—种相对论速调管放大器输出腔，包括有输出腔外筒、输出腔内导体、鼻锥、收集极、耦合环、外支撑环和内支撑环；输出腔内导体靠近输出间隙的一端设置有收集极；收集极的外侧壁上设置有鼻锥；鼻锥上设置有耦合环；鼻锥和输出腔内导体之间设置有内支撑环；鼻锥和输出腔外筒之间设置有外支撑环；输出腔内导体上开设有凹槽，凹槽内设置有多个内叶片；输出腔外筒的内侧壁上设置有多个外叶片。
[0006]作为本方案的优选:内叶片的数量与外叶片的数量相等。
[0007]作为本方案的优选:内叶片的位置与外叶片的位置在轴向坐标上--对应。
[0008]作为本方案的优选:内叶片的半径依次渐变，越靠近输出间隙一侧的内叶片的直径越小。
[0009]作为本方案的优选:外叶片的半径依次渐变，越靠近输出间隙一侧的外叶片的直径越小、中心孔径越大。
[0010]作为本方案的优选:外支撑环包括有两个同心圆和沿圆周方向均匀分布的六个支撑杆；外支撑环的内径与输出腔内导体的鼻锥的外径相匹配；外支撑环的外径与输出腔外筒的内径相匹配。
[0011]作为本方案的优选:内支撑环包括有两个同心圆和沿圆周方向均匀分布的十个支撑杆；内支撑环的外径与鼻锥的内径相匹配；内支撑环的内径与输出腔内导体的外径相匹配。
[0012]作为本方案的优选:耦合环的外径和厚度能够调节。
[0013]作为本方案的优选:内叶片和外叶片的数目为2至10个。
[0014]本实用新型的的工作原理是:在轴向引导磁场的作用下，经过前级输入腔和中间腔调制的电子束通过输出腔间隙时，在输出腔中激励起工作模式的电磁场，电子束与场相互作用，电子束的能量转换为场的能量，产生高功率微波。高功率微波通过提取间隙和耦合环传输到同轴线和后端的辐射天线。
[0015]本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中在输出腔中增加了输出腔内导体，在电子与微波作用区域输出腔内导体和输出腔外筒上设置了半径渐变的叶片，将电子与微波作用区域分为多个间隙的结构，增大了微波与电子束相互作用区的长度，可以降低输出腔的电场强度，避免电场击穿，并且半径渐变叶片结构改变了微波与电子束相互作用区的场分布，有利于电子束能量的提取和微波向外传播，进而提高输出腔的能量转换效率。同时通过环形耦合环来调节输出腔的以直，有利于减少角向非均匀模式的产生，从而抑制杂频干扰。
[0016]由此可见，本实用新型与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的结构示意图。
[0018]图2为图1中外支撑环的A-A剖面的结构示意图。
[0019]图3为图1中内支撑环的B-B剖面的结构示意图。
[0020]图中，I为输出腔内导体，2为输出腔外筒，3为外叶片，4为外叶片，5为鼻锥，6为外支撑环，7为耦合环，8为收集极，9为内支撑环，10为内叶片，11为内叶片，13为支撑杆，16为支撑杆，18为外叶片，19为内叶片。
【具体实施方式】
[0021]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。
[0022]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0023]在图1?图3中，本实用新型的相对论速调管放大器输出腔，包括输出腔内导体1、在输出腔内导体上设置的三个内叶片(10、11、19)、输出腔外筒2上设置的三个外叶片(3、4、18)、鼻锥5、外支撑环6、收集极8、耦合环7、内支撑环9，外支撑环6包括有两个同心圆和沿圆周方向均匀分布的六个支撑杆13，内支撑环9包括有两个同心圆和沿圆周方向均匀分布的十个支撑杆16。
[0024]其连接关系是，输出腔内导体I外壁的凹槽上设置了三个内叶片(10、11、19)，内叶片11的外半径大于内叶片10，内叶片10的外半径大于内叶片19 ;输出腔外筒2上设置了三个外叶片(3、4、18)，外叶片3的中心孔半径小于外叶片4，外叶片4的中心孔半径小于外叶片18，外叶片3与内叶片11在轴向坐标上相对应，外叶片4与内叶片10在轴向坐标上相对应，外叶片18与内叶片19在轴向坐标上相对应；鼻锥5上设置有耦合环7，鼻锥5通过外支撑环6固定在输出腔外筒2中，外支撑环6的内径与鼻锥5外径匹配，外支撑环6的外径与输出腔外筒2的内径匹配。
[0025]输出腔内导体I右端设置有收集极8，输出腔内导体I和鼻锥5通过内支撑环9相连接，内支撑环9的内径与输出腔内导体I外径匹配，内支撑环9的外径与鼻锥5的内径匹配。
[0026]本实用新型的相对论速调管放大器输出腔的工作过程是，调制的电子束在轴向磁场的引导下，通过输出腔时，在输出腔中激励起工作模式的电磁场，电子束与场相互作用，电子束的能量转换为场的能量，产生高功率微波。
[0027]在电子与微波作用区域输出腔内导体和输出腔外筒上设置了半径渐变的叶片，将电子与微波作用区域分为多个间隙的结构，增大了微波与电子束相互作用区的长度，可以降低输出腔的电场强度，避免电场击穿，并且半径渐变叶片结构改变了微波与电子束相互作用区的场分布，有利于电子束能量的提取和微波向外传播，进而提高输出腔的能量转换效率。同时通过环形耦合环来调节输出腔的以直，有利于减少角向非均匀模式的产生，从而抑制杂频干扰。
[0028]在PIC模拟中，在工作频率为9.375GHz时，当轴向引导磁感应强度为0.8T，输入电子束电压为600kV，束流为5kA，基波束流调制深度为90%时，输出腔输出微波功率为1.2GW，功率转换效率为40%。
[0029]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入口 ο
【主权项】
1.一种相对论速调管放大器输出腔，其特征是:包括有输出腔外筒、输出腔内导体、鼻锥、收集极、耦合环、外支撑环和内支撑环；所述输出腔内导体靠近输出间隙的一端设置有收集极；所述收集极的外侧壁上设置有鼻锥；所述鼻锥上设置有耦合环；所述鼻锥和输出腔内导体之间设置有内支撑环；所述鼻锥和输出腔外筒之间设置有外支撑环；所述输出腔内导体上开设有凹槽，凹槽内设置有多个内叶片；所述输出腔外筒的内侧壁上设置有多个外叶片。2.根据权利要求1所述的一种相对论速调管放大器输出腔，其特征是:所述内叶片的数量与外叶片的数量相等。3.根据权利要求1所述的一种相对论速调管放大器输出腔，其特征是:所述内叶片的位置与外叶片的位置在轴向坐标上一一对应。4.根据权利要求1所述的一种相对论速调管放大器输出腔，其特征是:所述内叶片的半径依次渐变，越靠近输出间隙一侧的内叶片的直径越小。5.根据权利要求1所述的一种相对论速调管放大器输出腔，其特征是:所述外叶片的半径依次渐变，越靠近输出间隙一侧的外叶片的直径越小、中心孔径越大。6.根据权利要求1所述的一种相对论速调管放大器输出腔，其特征是:所述外支撑环包括有两个同心圆和沿圆周方向均匀分布的六个支撑杆；所述外支撑环的内径与输出腔内导体的鼻锥的外径相匹配；所述外支撑环的外径与输出腔外筒的内径相匹配。7.根据权利要求1所述的一种相对论速调管放大器输出腔，其特征是:所述内支撑环包括有两个同心圆和沿圆周方向均匀分布的十个支撑杆；所述内支撑环的外径与鼻锥的内径相匹配；所述内支撑环的内径与输出腔内导体的外径相匹配。8.根据权利要求1所述的一种相对论速调管放大器输出腔，其特征是:所述耦合环的外径和厚度能够调节。9.根据权利要求1所述的一种相对论速调管放大器输出腔，其特征是:所述内叶片和外叶片的数目为2至10个。
【专利摘要】本实用新型提供了一种相对论速调管放大器输出腔的技术方案，该方案在输出腔外筒上设置的外叶片、输出腔内导体上设置的内叶片、鼻锥、外支撑环、内支撑环、收集极、耦合环的结构，能够增大微波与电子束相互作用区的长度，可以降低输出腔的电场强度，避免电场击穿，并且半径渐变叶片结构改变了微波与电子束相互作用区的场分布，有利于电子束能量的提取和微波向外传播，进而提高输出腔的能量转换效率。
【IPC分类】H01J25/10, H01J23/18, H01J23/36
【公开号】CN204632717
【申请号】CN201520329548
【发明人】刘振帮, 黄华, 金晓, 雷禄容, 何琥, 陈昭福
【申请人】中国工程物理研究院应用电子学研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月21日