具有双间隙输出腔的感应输出管的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种具有双间隙输出腔的感应输出管。该感应输出管包括：输入系统，具有一输入腔，用于利用外界输入的微波对电子束进行密度调制；双间隙输出腔，与输入腔通过前间隔壁隔开，密度调制后的电子束在该双间隙输出腔发生能量交换，产生的高频能量向外界输出；以及收集极，与双间隙输出腔通过后间隔壁隔开，用于收集能量交换后的剩余电子。相比与单间隙输出腔的感应输出管，本发明采用两间隙输出腔可以使感应输出管的功率、增益和带宽均得到较大程度的提升，并且可以更加稳定和可靠的工作。
【专利说明】具有双间隙输出腔的感应输出管
【技术领域】
[0001]本发明涉及电真空【技术领域】，尤其涉及一种具有双间隙输出腔的感应输出管。
【背景技术】
[0002]在UHF波段的电视发射机家族中，除已成熟并最早使用的陶瓷电子管，不断改进以提高效率的速调管，以及日渐完善的高可靠性全固态发射机外，1993年国际上又出现了采用感应输出管(Inductive Output Tube,简称10T)的电视发射机。引起了广播电视工业界的高度重视，与以往的电视发射机相比，具有价格及维护成本低，效率高等突出特点，弓丨起了人们的广泛注意，
[0003]感应输出管(1T)，也称速调四极管(klyst1de)，是一种密度调制微波管，它将微波四极管和速调管的优点结合起来，是一种紧凑型低频大功率微波放大器件。是将静电控制管与速调管相互结合而成的一种密度调制微波管，在1T中，输入谐振腔在栅极和阴极间产生高频电场，控制热阴极的电子发射，获得密度调制的电子注。密度调制电子注经过加在栅极与阳极间的高压加速后，穿过一段漂移空间后进入输出谐振腔，并在输出谐振腔间隙上感应出高频电压；密度调制电子注与输出腔高频电压相互作用获得高频放大，放大的高频功率经输出传输线输出。
[0004]感应输出管首先是由Haeff在1938年提出的，1980年美国EIMAC公司的MeraldShrader和Don Priest设计和测试了第一个速调四极管，它的发展很大程度上取决于栅极材料，在热解石墨(pyrolytic graphite)方面的技术进展,使制造结实,抗高温的栅极成为可能。该材料的关键特性为:热膨胀接近零，热导率接近金刚石。1988年第一个速调四极管获得应用。后来英国的e2v公司，法国的Thales公司，美国的L_3公司和CPI等单位大力发展速调四极管，并称它为感应输出管。由于感应输出管的高效率和高线性度，很快在模拟电视系统中获得应用。
[0005]与速调管相比，感应输出管具有体积小、重量轻、效率高等优点，特别适合于低频段应用。与微波三、四极管相比，1T可以工作在更高的频率、更大的功率和具有较高的增.、/■
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[0006]然而，近些年来，数字电视发射机、粒子加速器、雷达和通信等应用领域对1T提出了新的要求-高频率、高增益和宽频带，而传统的感应输出管已经难以满足上述要求。
【发明内容】
[0007](一 )要解决的技术问题
[0008]鉴于上述技术问题，本发明提供了一种能够在低频段实现大功率、宽频带和高增益的具有双间隙输出腔的感应输出管。
[0009]( 二 )技术方案
[0010]根据本发明的一个方面，提供了一种具有双间隙输出腔的感应输出管。该感应输出管包括:输入系统，具有一输入腔，用于利用外界输入的微波对电子束进行密度调制；双间隙输出腔，与输入腔通过前间隔壁隔开，密度调制后的电子束在该双间隙输出腔发生能量交换，产生的高频能量向外界输出；以及收集极，与双间隙输出腔通过后间隔壁隔开，用于收集能量交换后的剩余电子。
[0011](三)有益效果
[0012]从上述技术方案可以看出，本发明具有双间隙输出腔的感应输出管具有以下有益效果:
[0013](I)相比与单间隙输出腔，采用两间隙输出腔可以使感应输出管(1T)的功率、增益和带宽均得到较大程度的提升，并且可以更加稳定和可靠的工作；
[0014](2)两间隙输出腔采用了圆柱重入式休斯结构，该结构具有加工容易，工艺处理难度小等特点，易于推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为根据本发明实施具有双间隙输出腔的感应输出管的结构示意图；
[0016]图2为图1所示感应输出管中公共臂的示意图；
[0017]图3为本发明实施具有双间隙输出腔的感应输出管的工作原理图。
[0018]【本发明主要元件符号说明】
[0019]100-输入系统
[0020]110-栅控电子枪
[0021]111-壳体； 112-阴极
[0022]113-热子；114-栅极；
[0023]115-阳极头； 116-电子枪绝缘陶瓷；
[0024]117-高频扼流圈；
[0025]120-输入腔外壳；
[0026]130-输入腔；
[0027]200-双间隙输出腔；
[0028]210-前间隔壁；
[0029]220-公共臂；
[0030]221-耦合槽；
[0031]230-后间隔壁；
[0032]240-前输出腔；
[0033]250-后输出腔
[0034]300-收集极；
[0035]310-收集极绝缘陶瓷；
[0036]400-同轴输入电缆；
[0037]500-同轴输出电缆；
[0038]600-漂移通道；
[0039]700-电子束。
【具体实施方式】
[0040]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，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属【技术领域】中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
[0041]本发明给提供了一种具有双间隙输出腔的感应输出管。该感应输出管中，来自输入系统的密度调制后的电子束在双间隙输出腔发生注波互作用，将电子束的直流能量转化成高频微波能量，从而实现了微波信号的放大。
[0042]在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种具有双间隙输出腔的感应输出管。图1为根据本发明实施例具有双间隙输出腔的感应输出管的结构示意图。如图1所示，本实施例具有双间隙输出腔的感应输出管包括:输入系统100，用于利用外界输入的微波对电子束进行密度调制；双间隙输出腔200，其包括前、后两个输出腔，密度调制后的电子束在该双间隙输出腔200发生能量交换，产生的高频能量向外界输出；以及收集极300，用于收集能量交换后的剩余电子。
[0043]本实施例中，感应输出管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。以下分别对本实施例具有双间隙输出腔的感应输出管的各个组成部分进行详细描述。
[0044]请参照图1，输入系统100包括:栅控电子枪110,用于提供电子；输入腔外壳120,呈圆筒状，套设于栅控电子枪110的外围，并与其密封并电性绝缘。其中，栅控电子枪110的外侧，输入腔外壳120的内侧形成输入腔130。
[0045]本实施例中，该输入腔130为圆柱重入式圆柱结构。同轴输入电缆400向输入腔130馈入微波，为该输入腔130提供输入微波功率。
[0046]其中，栅控电子枪110包括:壳体111，呈圆筒状；阴极112，呈弧形结构，固定于壳体111后端开口处,并朝向壳体内侧凹入；热子113,设置于壳体111内，阴极112的内侧；栅极114，呈网状结构，固定于壳体111外，阴极112的外侧，其与阴极112保持严格球面平行，以确保栅极聚焦后，电子束能够从栅网孔无阻碍的前进，不会被栅网所截获；阳极头115，固定于栅极114的后方。电子束射出后，经由输入腔130、双间隙输出腔200和收集极300，所经历的通道成为漂移通道600。
[0047]输入腔130和双间隙输出腔200通过环状的前间隔壁210相互绝缘隔开。
[0048]如图1所示，从前间隔壁210朝向输入腔方向伸出电子枪绝缘陶瓷116。栅极114通过固定装置固定于该电子枪绝缘陶瓷116上，同时，该固定装置通过高频扼流圈117连接至输入腔外壳120的内侧。阳极头115固定于前间隔壁210的径向内侧。栅极114和阳极头115构成漂移头。在阳极头115和栅极114之间加有高压，可以使密度调制的电子束加速通过，与双间隙输出腔200发生能量交换。
[0049]请参照图1，热子113是由性能良好的电阻丝绕制而成，目的是给阴极112加热，阴极112的发射面为球面，为感应输出管提供发射电子。
[0050]请参照图1，双间隙输出腔200的前端与输出腔130相连接，并通过前间隔壁210隔开，后端通过收集极绝缘陶瓷310与收集极300相连接，并通过后间隔壁230所隔开。前间隔壁210和后间隔壁230呈相同的圆环形状。在前间隔壁210和后间隔壁230之间形成双间隙输出腔200。
[0051]双间隙输出腔200由公共臂220分割为前输出腔240和后输出腔250。陔两个输入腔均为重入式圆柱谐振腔。密度调制后的电子束在该双间隙输出腔200发生能量交换，产生的高频微波在后输出腔由同轴输出电缆500馈出。
[0052]图2为图1所示具有双间隙输出腔的感应输出管中公共臂的示意图。如图2所示，该公共臂220呈圆环形。在该圆环形公共臂220径向外围开有月牙形耦合槽221。请参照图1和图2，前输入腔240和后输入腔250通过圆环形公共臂220径向外围的月牙形耦合槽221连通并实现耦合。
[0053]需要说明的，虽然本实施例中耦合槽的形状为月牙形，但本发明并不以此为限，该耦合槽的形状还可以为圆形、椭圆形、矩形或三角形等各种形状，并且该耦合槽的弧度、宽度等参数均可以根据具体需要进行设计。
[0054]请参照图1，收集极300为圆锥筒状结构，通过收集极绝缘陶瓷与双间隙输出腔固定连接，并通过后间隔壁与双间隙输出腔隔开。该收集级实现有效的回收能量交换后的剩余电子。
[0055]图3为本发明实施具有双间隙输出腔的感应输出管的工作原理图。请参照图1和图3，本实施例具有双间隙输出腔的感应输出管的工作原理为:
[0056](I)热子113加热阴极112，阴极112在热状态下提供电子注700 ；
[0057](2)同轴输入电缆400为输入腔130提供输入微波功率，在阴极112和栅极114分别加上电压(-Vtl)和(-Vtl-Vg),从而控制电子注700的电流发射密度；
[0058](3)在电子枪绝缘陶瓷116与阳极115之间加有高压，从栅极114密度调制完毕后的电子束700在通过阳极头115过程中不断的被加速，经过短距离的漂移空间后，电子束700到达双间隙输出腔200，与之发生注-波互作用，产生的微波通过耦合槽221和同轴输出电缆500输出，由于采用了双间隙输出腔，其增益、带宽和功率都有显著的提高；
[0059](4)与双间隙输出腔发生注-波互作用后的电子束700以热量的形式被收集极300吸收。
[0060]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一种具有双间隙输出腔的感应输出管有了清楚的认识。
[0061]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:
[0062](I)输入和输出腔的形状不仅限于重入式圆柱结构，非标准的类似结构可以替换；
[0063](2)公共臂上耦合槽形状、弧度、宽度和厚度，都可以不同的参数来代替。
[0064]综上所述，本发明提供一种具有双间隙输出腔的感应输出管，相比传统感应输出管，由于采用了双间隙输出腔，从而可以在低频段有效实现宽频带、大功率和高增益，大大提高了感应输出管的在低频段的性能指标。
[0065]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，所应理解的是，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】
1.一种具有双间隙输出腔的感应输出管，其特征在于，包括: 输入系统(100)，具有一输入腔(130)，用于利用外界输入的微波对电子束进行密度调制； 双间隙输出腔(200)，与所述输入腔(130)通过前间隔壁(210)隔开，密度调制后的电子束在该双间隙输出腔(200)发生能量交换，产生的高频能量向外界输出；以及 收集极(300)，与所述双间隙输出腔(200)通过后间隔壁隔开，用于收集能量交换后的剩余电子。
2.根据权利要求1所述的感应输出管，其特征在于，所述前间隔壁(210)和后间隔壁之间的空间由圆环形的公共臂(220)分割为前输出腔(240)和后输出腔(250)； 其中，前输入腔(240)和后输入腔(250)通过所述公共臂(220)径向外围的耦合槽(221)连通并实现耦合。
3.根据权利要求2所述的感应输出管，其特征在于，所述耦合槽(221)呈圆形、椭圆形、矩形、三角形或月牙形。
4.根据权利要求2所述的感应输出管，其特征在于，所述前输出腔(240)和后输出腔(250)为重入式圆柱谐振腔。
5.根据权利要求1所述的感应输出管，其特征在于，所述输入系统(100)包括: 栅控电子枪(110)，用于提供电子；以及 输入腔外壳(120)，呈圆筒状，套设于所述栅控电子枪(110)的外围，并与其密封并电性绝缘； 其中，所述栅控电子枪(110)的外侧，输入腔外壳(120)的内侧形成所述输入腔(130)。
6.根据权利要求5所述的感应输出管，其特征在于，所述输入腔(130)为圆柱重入式圆柱结构； 同轴输入电缆(400)向该输入腔(130)馈入微波，为该输入腔(130)提供输入微波功率。
7.根据权利要求5所述的感应输出管，其特征在于，所述栅控电子枪(110)包括: 壳体(111)，呈圆筒状； 阴极(112)，呈弧形结构，固定于所述壳体(111)的后端开口处，并朝向壳体内侧凹入； 热子(113)，设置于所述壳体(111)内，阴极(112)的内侧； 栅极(114)，呈网状结构，固定于所述壳体(111)外，阴极(112)的外侧，其与阴极112保持球面平行；以及 阳极头(115)，固定于所述栅极(114)的后方； 其中，在所述阳极头(115)和栅极(114)之间加有高压。
8.根据权利要求7所述的感应输出管，其特征在于: 所述阳极头(115)固定于所述前间隔壁(210)的径向内侧； 由所述前间隔壁(210)朝向输入腔(130)的方向伸出电子枪绝缘陶瓷(116)，所述栅极(114)通过固定装置固定于该电子枪绝缘陶瓷(116)。
9.根据权利要求8所述的感应输出管，其特征在于，所述固定装置通过高频扼流圈(117)连接至输入腔外壳(120)的内侧。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的感应输出管，其特征在于，所述收集极(300)呈圆锥筒状结构，其通过收集极绝缘陶瓷与所述双间隙输出腔(200)固定连接。
【文档编号】H01J25/04GK104134599SQ201410354035
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】钟勇, 王勇, 范俊杰 申请人:中国科学院电子学研究所