速調管功率合成輸出裝置製造方法

2023-05-26 17:23:56 1

速調管功率合成輸出裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種速調管功率合成輸出裝置。該速調管功率合成輸出裝置包括：N個輸出腔，該N個輸出腔由一漂移管依次穿過，且該漂移管在每一輸出腔的預設位置設置有間隙，漂移管中的電子束與該輸出腔通過該間隙進行能量交換，產生微波，其中，N≥2；N條微波輸出通路，每一條微波輸出通路的輸入端連接至位於相應輸出腔的腔壁的輸出腔耦合孔；波導H-T分支，其N個輸入埠分別連接至相應微波輸出通路的輸出端，用於對N個輸入埠輸入的微波進行功率合成；以及輸出窗，其前端連接至波導H-T分支的輸出埠，功率合成後的微波經由該輸出窗輸出。本發明採用了多輸出腔結合波導H-T分支的結構，有效提高了速調管的功率容量和效率。
【專利說明】
速調管功率合成輸出裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及電子行業電真空【技術領域】，尤其涉及一種速調管功率合成輸出裝置。

【背景技術】
[0002]速調管具有高功率和高增益特點，在粒子加速器、雷射武器和大科學裝置等領域有著很大的應用前景。
[0003]然而，隨著功率的提高，普通速調管的單間隙輸出功率容量有限，與電子束交換的能量不夠充分，就會導致大量的能量損耗在收集極，這樣就會大大降低速調管的效率。這說明了普通速調管的單間隙輸出腔的功率容量是有限的，效率也不高，要實現更高功率和更大的效率，必須在輸出結構上做改進。


【發明內容】

[0004](一 )要解決的技術問題
[0005]鑑於上述技術問題，本發明提供了一種速調管功率合成輸出裝置，以提高速調管的功率容量和效率。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]根據本發明的一個方面，提供了一種速調管功率合成輸出裝置。該速調管功率合成輸出裝置包括:N個輸出腔，該N個輸出腔由一漂移管依次穿過，且該漂移管在每一輸出腔的預設位置設置有間隙，漂移管中的電子束與該輸出腔通過該間隙進行能量交換，產生微波，其中，N ^ 2 #條微波輸出通路，每一條微波輸出通路的輸入端連接至位於相應輸出腔的腔壁的輸出腔耦合孔，用於傳輸相應輸出腔產生的微波；波導H-T分支，其N個輸入埠分別連接至相應微波輸出通路的輸出端，用於對N個輸入埠輸入的微波進行功率合成；以及輸出窗，其前端連接至波導H-T分支的輸出埠，功率合成後的微波經由該輸出窗輸出。
[0008](三)有益效果
[0009]從上述技術方案可以看出，本發明速調管功率合成輸出裝置具有以下有益效果:
[0010](I)採用了多輸出腔結合波導H-T分支，有效實現功率合成，提高了速調管的功率容量和效率；
[0011](2)採用移相器，提高了功率合成效率；
[0012](3)構成速調管功率合成輸出裝置的各個部件加工容易，工藝處理難度小，使得本發明更加簡單易行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為根據本發明實施例速調管功率合成輸出裝置結構示意圖；
[0014]圖2為圖1所示速調管功率合成輸出裝置中波導H-T分支的結構示意圖；
[0015]圖3為圖2所示波導H-T分支的功率合成原理的示意圖；
[0016]圖4為圖1所示速調管功率合成輸出裝置中輸出窗的結構示意圖；
[0017]圖5為圖4所不輸出窗在工作時的場型分布。
[0018]【本發明主要元件符號說明】
[0019]1-第一間隙；2-第一輸出腔；
[0020]3-電子束；4-漂移管；
[0021]5-第二輸出腔；6-第二間隙；
[0022]7-收集極；8-第一輸出腔耦合孔；
[0023]9-第二輸出腔耦合孔； 10-第一直波導；
[0024]11-第二直波導；12-移相器；
[0025]13-第一彎波導；14-第二彎波導；
[0026]15-波導H-T分支；16-輸出窗；
[0027]17-窗片；15a、15b、15c_ 埠。

【具體實施方式】
[0028]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現方式，為所屬【技術領域】中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數的示範，但應了解，參數無需確切等於相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似於相應的值。實施例中提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明的保護範圍。
[0029]本發明採用了速調管雙輸出腔功率合成輸出裝置，從而大大提高了功率容量和效率，該輸出裝置可以有效提高速調管的功率容量和效率。
[0030]在本發明的一個示例性實施例中，提供了一種速調管功率合成輸出裝置。圖1為根據本發明實施例速調管功率合成輸出裝置結構示意圖。如圖1所示，本實施例速調管功率合成輸出裝置包括:
[0031]N個輸出腔(2、5)，該N個輸出腔由一漂移管4依次穿過，且該漂移管4在每一輸出腔的預設位置設置有用於能量交換的間隙(1、6)，用於與通過漂移管4的電子束3進行能量交換，產生微波，其中，N彡2 ；
[0032]收集極7，連接於漂移管4的最末端，用於收集能量交換後的剩餘電子；
[0033]波導H-T分支15，其N個輸入埠分別通過微波輸出通路連接至位於相應輸出腔的腔壁的輸出腔耦合孔，用於對N個輸入埠輸入的微波進行功率合成；
[0034]輸出窗16,其前端連接至波導H-T分支的輸出埠，功率合成後的微波經由該輸出窗16輸出。
[0035]本實施例中，採用了多輸出腔結構可以有效提高速調管的功率容量和效率。
[0036]本實施例速調管功率合成輸出裝置的各個組成部分的結構是通過電性能設計、工程設計、精密機械加工、釺焊和烘排除氣等過程實現的。以下對本實施例速調管功率合成輸出裝置的各個組成部分進行詳細描述。
[0037]本實施例速調管功率合成輸出裝置包含2個輸出腔,即第一輸出腔2和第二輸出腔5，但本發明並不以此為限。本發明中，輸出腔的個數不受限制，優選地，輸出腔的個數N滿足:2彡N彡5。
[0038]請參照圖1，第一輸出腔2和第二輸出腔5均為圓柱形重入式單間隙輸出腔。漂移管4依次穿過第一輸出腔2和第二輸出腔5，其末端連接至收集極7。關於收集器7，其與本領域內所通常採用的用於收集能量交換後剩餘電子的收集極並無不同，此處不再詳細說明。
[0039]其中，漂移管4在第一輸出腔2內的部分開設有第一間隙I。漂移管4和第一輸出腔2通過該第一間隙I進行能量交換。漂移管4在第二輸出腔5內的部分開設有第二間隙
6。漂移管4和第二輸出腔5通過該第二間隙6進行能量交換。
[0040]在第一輸出腔2的腔壁上，開設有第一輸出腔耦合孔8。在第二輸出腔5的腔壁上，開設有第二輸出腔耦合孔9。該第一輸出腔耦合孔8通過第一微波輸出通路連接至波導H-T分支的第一輸入埠。該第二輸出腔耦合孔9通過第二微波輸出通路連接至波導H-T分支的第二輸入埠。
[0041]請參照圖1，第一微波輸出通路自第一輸出腔耦合孔8開始依次包括:相連第一直波導10和第一彎波導13。第一直波導10右端與第一輸出腔2連接,保證第一輸出腔I禹合孔8對準第一直波導10的正中央。第一直波導10的左端與第一彎波導13的右端連接，第一彎波導13的左端與波導H-T分支15的第一輸入埠 15a連接。
[0042]請參照圖1，第二微波輸出通路自第二輸出腔耦合孔9開始依次包括:相連的第二直波導11、移相器12和第二彎波導14。第二直波導11右端與第二輸出腔5連接，保證第二輸出腔耦合孔9對準第二直波導11的正中央。第二直波導11的左端與移相器12的右端連接，第二彎波導14右端與移相器12的左端連接，第二彎波導14的下端的與波導H-T分支15的第二輸入埠 15b連接。
[0043]圖2為圖1所示速調管功率合成輸出裝置中波導H-T分支的結構示意圖。圖3為圖2所示波導H-T分支的功率合成原理的示意圖。如圖2和圖3所示,波導H-T分支由互相垂直的兩段標準波導組合而成，其通過窄邊的磁場耦合實現功率的合成，具有功率合成效率高的特點。本實施例中，採用波導H-T分支結構可以有效實現功率合成。
[0044]本領域技術人員應當清楚，採用波導H-T分支結構可以實現功率合成。但是，若干輸入的兩路微波信號如果相位不一致的情況下，功率合成的效率將會受到影響。
[0045]本實施例中，將第一微波輸出通路作為標準通路，其輸出至所述波導H-T分支
(15)的第一輸入埠(15a)的微波的相位作為標準相位。採用移相器12對第二微波輸出通路傳輸的微波進行相位轉移，使第二微波輸出通路輸出至所述波導H-T分支(15)的第二輸入埠(15b)的微波的相位等於標準相位，從而可以大大提高H-T分支結構的功率合成效率。
[0046]本領域技術人員應當清楚，除了移相器之外，本發明還可以採用其他的具有改變電磁波傳輸相位的器件。對於包含多於2個輸出腔的速調管功率合成裝置，對於除對應標準相位的輸出腔之外的每一輸出腔，在微波輸出通路均應當包含相應的移相器，以保證該輸出腔輸出的相位與標準相位相同。
[0047]輸出窗16的前端連接至波導H-T分支的輸出埠，其後端連接至負載。該輸出窗能夠有效實現功率容量和隔離真空與大氣。
[0048]圖4為圖1所示速調管功率合成輸出裝置中輸出窗的結構示意圖。圖5為圖4所不輸出窗在工作時的場型分布。如圖4和圖5所不,輸出窗米用圓形輸出窗,其窗片17用的是氧化鋁陶瓷材料。在高功率傳輸時，輸出窗內的電場分布如圖5所示。
[0049]鑑於移相器、輸出窗和波導H-T分支為本領域的通用部件，此處不再對其進行詳細說明。僅需要說明的是，移相器需要根據所在通路微波需要移相的角度進行設置，而波導H-T分支結構可以用不同頻段標準波導的參數來代替，不局限於某個波段。
[0050]請參照圖1，以下接收本實施例速調管功率合成輸出裝置的工作原理:電子束3在漂移管4中傳輸，與第一輸出腔2和第二輸出腔5的第一間隙I和第二間隙6發生能量交換，其產生的微波能量通過第一輸出腔I禹合孔8和第二輸出腔I禹合孔9分兩路傳輸，第一路通過第一直波導10和第一彎波導13饋入波導H-T分支15的第一輸入埠 15a，另一路經過第二直波導11、移相器12和第二彎波導14饋入波導H-T分支15的第二輸入埠 15b，波導H-T分支15合成的功率從輸出埠 15c輸出，直接到達輸出窗16,從輸出窗16傳輸出的微波直接加到負載上，經過第二輸出腔5後的電子束3被收集極7回收。
[0051]至此，已經結合附圖對本發明實施例進行了詳細描述。依據以上描述，本領域技術人員應當對本發明速調管功率合成輸出裝置有了清楚的認識。
[0052]此外，上述對各元件的定義並不僅限於實施方式中提到的各種具體結構或形狀，本領域的普通技術人員可對其進行簡單地熟知地替換，例如:
[0053](I)輸出腔的個數不局限於2個，優選地，輸出腔的個數N滿足:2彡N彡5 ;
[0054](2)波導H-T分支結構，都可以不同頻段標準波導的參數來代替，不局限於某個波段；
[0055](3)輸出窗的結構不僅限於圓形窗，標準的和非標準的類似結構可以替換。
[0056]綜上所述，本發明速調管功率合成輸出裝置採用了多輸出腔結構，相比傳統速調管輸出裝置，大大提高了速調管的功率容量和效率，在提高速調管的功率容量和效率方面有其獨特的優勢。
[0057]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種速調管功率合成輸出裝置，其特徵在於，包括: N個輸出腔(2、5)，該N個輸出腔由一漂移管(4)依次穿過，且該漂移管(4)在每一輸出腔的預設位置設置有間隙(1、6)，所述漂移管(4)中的電子束(3)與該輸出腔通過該間隙進行能量交換，產生微波，其中，N^2； N條微波輸出通路，每一條微波輸出通路的輸入端連接至位於相應輸出腔的腔壁的輸出腔耦合孔，用於傳輸相應輸出腔產生的微波； 波導H-T分支(15)，其N個輸入埠(15a，15b)分別連接至相應微波輸出通路的輸出端，用於對N個輸入埠輸入的微波進行功率合成；以及 輸出窗(16)，其前端連接至所述波導H-T分支(15)的輸出埠(15c)，功率合成後的微波經由該輸出窗(16)輸出。
2.根據權利要求1所述的速調管功率合成輸出裝置，其特徵在於， 將N條微波輸出通路中其中一條微波輸出通路作為標準通路，其輸出至所述波導H-T分支(15)相應輸入埠的微波的相位作為標準相位； 除該標準通路之外的其他N-1條微波輸出通路中的每一條包括:移相器(12)，設置於相應微波輸出通路中，用於將該微波輸出通路輸出至所述波導H-T分支(15)相應輸入埠的微波的相位調整至標準相位。
3.根據權利要求2所述的速調管功率合成輸出裝置，其特徵在於，所述N條微波輸出通路中的每一條微波輸出通路包括: 直波導(11)，其前端連接至相應輸出腔，保證相應輸出腔的耦合孔在該直波導(11)的正中央； 彎波導(14)，其前端連接至所述直波導(11)的後端，其後端連接至所述波導H-T分支(15)的相應輸入埠。
4.根據權利要求3所述的速調管功率合成輸出裝置，其特徵在於，所述除標準通路之外的其他N-1條微波輸出通路中，所述移相器(12)位於所述直波導(11)和彎波導(14)之I司的通路。
5.根據權利要求1所述的速調管功率合成輸出裝置，其特徵在於，所述波導H-T分支(15)由互相垂直的兩段標準波導組合而成，其通過窄邊的磁場耦合實現功率合成。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的速調管功率合成輸出裝置，其特徵在於，所述輸出窗(16)採用圓形輸出窗，其窗片由氧化鋁陶瓷材料製備。
7.根據權利要求1至5中任一項所述的速調管功率合成輸出裝置，其特徵在於，所述N個輸出腔均為圓柱形重入式單間隙輸出腔。
8.根據權利要求1至5中任一項所述的速調管功率合成輸出裝置，其特徵在於，2彡N彡5。
9.根據權利要求8所述的速調管功率合成輸出裝置，其特徵在於，N= 2。
10.根據權利要求1至5中任一項所述的速調管功率合成輸出裝置，其特徵在於，還包括: 收集極(7)，連接於所述漂移管(4)的最末端，用於收集能量交換後的剩餘電子。
【文檔編號】H01J23/36GK104134597SQ201410399807
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月14日 優先權日:2014年8月14日
【發明者】鍾勇, 王勇, 範俊傑 申請人:中國科學院電子學研究所