专利名称：具有在线测出温度分布功能的螺旋线慢波装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及螺旋线行波管光纤光栅夹持型慢波结构，属于微波电子学领域。
背景技术：
大功率行波管是机载，舰载，星载雷达等仪器中的核心部件，在军事，民用方面均 有广泛的应用。慢波系统是决定行波管性能的关键部件，良好的慢波结构对于提高波注互 作用起到重要作用。在螺旋线型行波管的各项特性中，热特性是一项非常重要的指标，是决 定行波管平均输出功率，并直接影响行波管工作的稳定性与可靠性的主要因素。行波管在正常工作时螺旋线周围的温度很高，温度的变化会对行波管的工作性能 产生较大的影响。由于螺旋线行波管是通过电子束和高频信号进行能量交换实现微波信号 放大的，不能使用常规的电类温度传感器对螺旋线温度进行接触式测量。传统的热特性分 析方法是使用ANSYS软件进行仿真或采用红外热成像技术分析温度分布情况。这两种方法 都无法得到准确的温度分布情况。布拉格光纤光栅纤芯折射率沿纵向周期变化结构，光栅的中心波长取决于光栅周 期和反向耦合模的有效折射率，任何引起两个量改变的物理过程都将引起中心波长的变 化。通过测量物理量变化前后反射光波长的变化，就可以获得待测物理量的变化。布拉格 光纤光栅温度传感器具有抗电磁干扰的优点，能够对行波管的螺旋线进行接触式的分布式 温度测量，得到实际的温度分布情况。
发明内容技术问题本实用新型的目的是提供一种具有在线测出温度分布功能的螺旋线慢 波装置，采用布拉格光纤光栅作为螺旋线行波管夹持件，在不影响慢波结构高频特性的前 提下实现对螺旋线温度的分布式测量。技术方案常规行波管的螺旋线都需要夹持结构来支撑，夹持杆一般选用陶瓷材 料，因为陶瓷适合于高温工作，且具有相对较好的热传导性能，利于散热。通过分析可以知 道，介质夹持杆的介电常数对螺旋线慢波系统的高频特性会产生影响，随着夹持杆相对介 电常数的增加，螺旋线中的电磁波相速下降，色散特性变好；同时互作用阻抗曲线随夹持杆 相对介电常数的增加而减小，即互作用变弱；衰减也随着夹持杆相对介电常数的增加而增 加。本实用新型的具有在线测出温度分布功能的螺旋线慢波装置使用布拉格光纤光 栅作为夹持杆材料，即在管壳的轴线上设有螺旋线，在管壳与螺旋线之间设有光纤光栅。光 纤光栅可为圆形夹持杆。在光纤光栅上镀制碳膜，制成分布式衰减器，抑制行波管的返波振荡。在光纤光栅包层外设有带有分布式衰减器的圆形夹持杆或者扇形夹持杆。在光纤光栅旁边放置圆形夹持杆或者扇形夹持杆，点胶固定。有益效果采用布拉格光纤光栅作为螺旋线行波管夹持件，能够实现对螺旋线温
3度的分布式测量，为行波管工作稳定性分析提供实验数据；在光纤光栅上镀制碳膜，制成分 布式衰减器，还能够抑制行波管的返波振荡。
图1为直接使用光纤光栅作为圆形介质夹持杆的螺旋线慢波结构示意图，图2为在圆形陶瓷介质夹持杆旁边放置光纤光栅的螺旋线慢波结构示意图，图3为在光纤光栅外涂覆介质材料制成圆形介质夹持杆的螺旋线慢波结构示意 图，图4为在扇形陶瓷介质夹持杆旁边放置光纤光栅的螺旋线慢波结构示意图，图5为在光纤光栅外涂覆介质材料制成扇形介质夹持杆的螺旋线慢波结构示意 图。图6为光纤光栅夹持杆示意图图7为在陶瓷介质夹持杆旁边放置光纤光栅的螺旋线慢波结构与未放置光纤光 栅的螺旋线慢波结构的色散曲线对比图。图8为在陶瓷介质夹持杆旁边放置光纤光栅的螺旋线慢波结构与未放置光纤光 栅的螺旋线慢波结构的耦合阻抗对比图。图9为直接使用光纤光栅作为圆形介质夹持杆的螺旋线慢波结构与使用圆形陶 瓷夹持杆的螺旋线慢波结构的耦合阻抗对比图。图中有管壳1、螺旋线2、光纤光栅3、圆形夹持杆4、扇形夹持杆5。
具体实施方式
本实用新型的具有在线测出温度分布功能的螺旋线慢波装置使用布拉格光纤光 栅作为夹持杆材料，即在管壳1的轴线上设有螺旋线2，在管壳与螺旋线之间设有光纤光栅 3。光纤光栅可为圆形夹持杆。在光纤光栅上镀制碳膜，制成分布式衰减器，抑制行波管的返波振荡。在光纤光栅包层外设有带有分布式衰减器的圆形夹持杆或者扇形夹持杆。在圆形夹持杆或者扇形夹持杆旁边放置光纤光栅，点胶固定。为实现对螺旋线温度的分布式测量，该结构使用布拉格光纤光栅作为夹持杆材 料，即在管壳1的轴线上设有螺旋线2，在管壳1与螺旋线2之间设有光纤光栅3。采用布拉格光纤光栅作为夹持杆材料螺旋线慢波结构中光纤光栅3的摆放可以 有三种形式。一是在普通圆形陶瓷介质夹持杆或者扇形陶瓷介质夹持杆5的旁边放置光纤 光栅3，点胶固定；二是直接使用光纤光栅作为圆形夹持杆，代替传统的陶瓷介质夹持杆； 三是在光纤光栅3包层外涂覆介质层，制成圆形夹持杆4或者扇形夹持杆5。光纤光栅3夹持杆改变了螺旋线外部的介质相对介电常数，从而对螺旋线高频系 统产生影响。与使用传统介质夹持杆的慢波结构相比，在陶瓷介质圆形夹持杆4或者陶瓷 介质扇形夹持杆5旁边放置光纤能够降低螺旋线内电磁波相速，而慢波系统的耦合阻抗几 乎不变；使用光纤光栅3代替传统陶瓷介质夹持杆则能够大幅提高慢波系统的耦合阻抗并 减小衰减。采用布拉格光纤光栅作为夹持杆材料螺旋线慢波结构中光纤光栅3的摆放可以有三种形式。1.如图1所示直接使用光纤光栅3作为圆形夹持杆，代替传统的陶瓷介质夹持杆。2.如图2和图4所示，在普通圆形陶瓷介质夹持杆4或者扇形陶瓷介质扇形夹持 杆5的旁边放置光纤光栅3，点胶固定。3.如图3和图5所示，在光纤光栅3包层外涂覆介质层，制成圆形夹持杆4或者扇 形夹持杆5。从图7，图8和图9的仿真结果中可以看出，与使用传统介质夹持杆的慢波结构相 比，在圆形陶瓷介质夹持杆或者扇形陶瓷介质夹持杆旁边放置光纤能够降低螺旋线内电磁 波相速，而慢波系统的耦合阻抗几乎不变；使用光纤光栅代替传统陶瓷介质夹持杆则能够 大幅提高慢波系统的耦合阻抗并减小衰减。
权利要求一种具有在线测出温度分布功能的螺旋线慢波装置，其特征在于该结构使用布拉格光纤光栅作为夹持杆材料，即在管壳(1)的轴线上设有螺旋线(2)，在管壳(1)与螺旋线(2)之间设有光纤光栅(3)。
2.根据权利要求1所述的具有在线测出温度分布功能的螺旋线慢波装置，其特征在于 光纤光栅(3)为圆形夹持杆。
3.根据权利要求1所述的具有在线测出温度分布功能的螺旋线慢波装置，其特征在于 在光纤光栅(3)上镀制碳膜，制成分布式衰减器，抑制行波管的返波振荡。
4.根据权利要求3所述的具有在线测出温度分布功能的螺旋线慢波装置，其特征在于 在光纤光栅(3)包层外设有带有分布式衰减器的圆形夹持杆(4)或者扇形夹持杆(5)。
5.根据权利要求1所述的具有在线测出温度分布功能的螺旋线慢波装置，其特征在于 在光纤光栅(3)旁边放置圆形夹持杆(4)或者扇形夹持杆(5)，点胶固定。
专利摘要具有在线测出温度分布功能的螺旋线慢波装置涉及螺旋线行波管夹持型慢波结构，该结构包括管壳(1)，螺旋线(2)，光纤光栅(3)，介质夹持杆(4)。螺旋线慢波结构中光纤光栅(3)的摆放可以有三种形式。一是在普通圆形陶瓷介质夹持杆(4)或者扇形陶瓷介质夹持杆(5)的旁边放置光纤光栅(3)，点胶固定；二是直接使用光纤光栅(3)作为圆形夹持杆，代替传统的陶瓷介质夹持杆；三是在光纤光栅(3)包层外涂覆介质层，制成圆形夹持杆(4)或者扇形夹持杆(5)。使用光纤光栅作为夹持杆材料，能够实现对行波管螺旋线温度的分布式测量，为行波管工作稳定性分析提供实验数据；在光纤光栅外涂覆碳膜，可以制成分布式衰减器，消除行波管返波振荡。
文档编号H01J23/26GK201741660SQ20102026909
公开日2011年2月9日 申请日期2010年7月23日 优先权日2010年7月23日
发明者印中举, 孙小菡, 柏宁丰, 樊鹤红, 陈明芳 申请人:东南大学