射頻寬帶高功率電子管放大器同軸重疊式輸出諧振腔的製作方法
2023-05-10 01:49:11
專利名稱：射頻寬帶高功率電子管放大器同軸重疊式輸出諧振腔的製作方法
技術領域：
本發明涉及諧振腔技術領域，特別是涉及一種射頻寬帶高功率電子管放大器同軸重疊式輸出諧振腔。
背景技術：
在現有技術中，輸出諧振腔的常規技術方案為諧振腔+耦合電容的結構，由於需要的輸出功率達到兆瓦級，常規技術對真空器件的性能要求很高，因此，現有技術中的輸出諧振腔不能滿足兆瓦級別輸出功率的要求
發明內容
本發明提供一種射頻寬帶高功率電子管放大器同軸重疊式輸出諧振腔，以解決現有技術中的輸出諧振腔不能滿足兆瓦級別輸出功率要求的問題。本發明提供一種射頻寬帶高功率電子管放大器同軸重疊式輸出諧振腔，用於為射頻寬帶高功率電子管放大器輸出迴路進行調諧調配，包括諧振腔內導體、諧振腔中間導體、諧振腔外導體、射頻輸出同軸饋線、同軸薄膜隔直電容、內腔輸出調諧匹配腔板、內腔輸出調諧匹配腔板調整裝置、外腔輸出調諧匹配腔板、以及外腔輸出調諧匹配腔板調整裝置；諧振腔內導體、諧振腔中間導體與諧振腔外導體為同軸結構，諧振腔內導體與諧振腔中間導體之間形成內諧振腔，諧振腔中間導體與諧振腔外導體外導體之間形成外諧振腔；內諧振腔中設置有內腔輸出調諧匹配腔板，內腔輸出調諧匹配腔板用於根據射頻功率輸出頻率對內諧振腔進行調諧；內腔輸出調諧匹配腔板與內腔輸出調諧匹配腔板調整裝置相連接，用於調節內腔輸出調諧匹配腔板的位置；外諧振腔中設置有外腔輸出調諧匹配腔板，外腔輸出調諧匹配腔板用於根據射頻功率輸出頻率對外諧振腔進行調配；外腔輸出調諧匹配腔板與外腔輸出調諧匹配腔板調整裝置相連接，用於調節外腔輸出調諧匹配腔板的位置；諧振腔內導體通過底部的同軸薄膜隔直電容與電子管放大器的陽極相連接，用於對電子管放大器發送的射頻功率進行傳輸；射頻輸出同軸饋線設置於諧振腔外導體上，用於進行射頻功率輸出。優選地，諧振腔內導體為同軸管。優選地，諧振腔中間導體為多邊形圍成的等效圓形框架結構。優選地，諧振腔外導體為正方形框架結構。優選地，外諧振腔和內諧振腔根據射頻功率輸出頻率分別匹配1/4X波長、1/2入波長、或3/4 X波長短路諧振腔工作模式。優選地，內腔輸出調諧匹配腔板和外腔輸出調諧匹配腔板採用氣動滑板結構，內腔輸出調諧匹配腔板調整裝置和外腔輸出調諧匹配腔板調整裝置為調節槓絲。優選地，諧振腔內導體上設置有可打開的窗口，用於安裝或取出電子管放大器。優選地，外諧振腔底部設置有一個或多個波導吸收體。優選地，射頻輸出同軸饋線在24MHz至IOOMHz頻率範圍之內，進行I. 5麗的射頻功率輸出。本發明有益效果如下通過有可調節諧振內腔、外腔，射頻輸出採用同軸饋線方式，根據頻率合理搭配內外腔輸出模式(1/4、1/2或3/4波長短路諧振腔工作模式)，調諧覆蓋24 100MHZ的工作帶寬，解決了現有技術中的輸出諧振腔不能滿足兆瓦級別輸出功率要求的問題，突破了射頻大功率輸出環節的瓶頸，對24 IOOMHz頻段範圍內的兆瓦級功率調諧耦合輸出得以順利的實現，起到了決定性的作用，為核聚變大科學試驗提供了必要的條件。
圖I是本發明實施例的射頻寬帶高功率電子管放大器同軸重疊式輸出諧振腔的結構示意圖；
圖2是本發明實施例的I. 5MW同軸腔輸出驅動及氣動調節短路腔板三維效果的示意圖；圖3是本發明實施例的I. 5MW同軸腔輸出驅動及氣動調節短路腔板橫截面的三維效果的不意圖；圖4是本發明實施例的I. 5MW腔體功率放大器輸出迴路原理示意圖；圖5是本發明實施例的I. 5麗腔體功率放大器頻率低端輸出迴路等效電路示意圖；圖6是本發明實施例的I. 5麗腔體功率放大器頻率高端輸出迴路等效電路示意圖；圖7是本發明實施例的I. 5麗雙同軸短路腔網分冷掃測試曲線(49MHz)的示意圖；圖8是本發明實施例的I. 5MW腔放TH525電子管負載工作狀態採集截(44MHz)的示意圖。
具體實施例方式為了解決現有技術中的輸出諧振腔不能滿足兆瓦級別輸出功率要求的問題，本發明提供了一種射頻寬帶高功率電子管放大器同軸重疊式輸出諧振腔，包括有可調節諧振內腔、外腔，上述內外諧振腔內腔的內導體為同軸金屬管，外導體為中間導體，其構成形狀為多邊型金屬板圍成的等效圓型；所述外腔的內導體也作為內腔的外導體，即為中間導體，諧振腔外腔的外導體為金屬板組成的正方形結構；所述的內腔的內導體通過同軸薄膜隔直電容與電子管陽極相連接，用於傳輸高頻功率，射頻輸出採用同軸饋線方式，本發明實施例的射頻寬帶高功率電子管放大器同軸重疊式輸出諧振腔根據頻率合理搭配內外腔輸出模式(1/4、1/2或3/4波長短路諧振腔工作模式)，調諧覆蓋24 10011取的工作帶寬。以下結合附圖以及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不限定本發明。根據本發明的實施例，提供了一種射頻寬帶高功率電子管放大器同軸重疊式輸出諧振腔，用於為射頻寬帶高功率電子管放大器輸出迴路進行調諧調配，圖I是本發明實施例的射頻寬帶高功率電子管放大器同軸重疊式輸出諧振腔的結構示意圖，圖2是本發明實施例的I. 5MW同軸腔輸出驅動及氣動調節短路腔板三維效果的示意圖，圖3是本發明實施例的I. 5MW同軸腔輸出驅動及氣動調節短路腔板橫截面的三維效果的示意圖，如圖1、2、3所示，根據本發明實施例的射頻寬帶高功率電子管放大器同軸重疊式輸出諧振腔包括諧振腔內導體10、諧振腔中間導體11、諧振腔外導體12、射頻輸出同軸饋線13、同軸薄膜隔直電容14、內腔輸出調諧匹配腔板15、內腔輸出調諧匹配腔板調整裝置16、外腔輸出調諧匹配腔板17、以及外腔輸出調諧匹配腔板調整裝置18 ;以下對本發明實施例的各個模塊進行詳細的說明。諧振腔內導體10、諧振腔中間導體11與諧振腔外導體12為同軸結構，諧振腔內導體10與諧振腔中間導體11之間形成內諧振腔，諧振腔中間導體11與諧振腔外導體12外導體之間形成外諧振腔；優選地，諧振腔內導體10為同軸管；諧振腔中間導體11為多邊形圍成的等效圓形框架結構。諧振腔外導體12為正方形框架結構。優選地，諧振腔內導體10上設置有可打開的窗口，用於安裝或取出電子管放大器。
內諧振腔中設置有內腔輸出調諧匹配腔板15，內腔輸出調諧匹配腔板15用於根據射頻功率輸出頻率對內諧振腔進行調諧；具體地，外諧振腔和內諧振腔根據射頻功率輸出頻率分別匹配1/4X波長、1/2X波長、或3/4X波長短路諧振腔工作模式。內腔輸出調諧匹配腔板15與內腔輸出調諧匹配腔板調整裝置16相連接，用於調節內腔輸出調諧匹配腔板15的位置；外諧振腔中設置有外腔輸出調諧匹配腔板17，外腔輸出調諧匹配腔板17用於根據射頻功率輸出頻率對外諧振腔進行調配；優選地，外諧振腔底部設置有一個或多個波導吸收體。外腔輸出調諧匹配腔板17與外腔輸出調諧匹配腔板調整裝置18相連接，用於調節外腔輸出調諧匹配腔板17的位置；優選地，在本發明實施例中，內腔輸出調諧匹配腔板15和外腔輸出調諧匹配腔板17採用氣動滑板結構，內腔輸出調諧匹配腔板調整裝置16和外腔輸出調諧匹配腔板調整裝置18為調節槓絲。諧振腔內導體10通過底部的同軸薄膜隔直電容14與電子管放大器的陽極相連接，用於對電子管放大器發送的射頻功率進行傳輸；射頻輸出同軸饋線13設置於諧振腔外導體12上，用於進行射頻功率輸出。優選地，射頻輸出同軸饋線13在24MHz至IOOMHz頻率範圍之內，進行I. 5麗的射頻功率輸出。需要說明的是，優選地，輸出調諧匹配腔尺寸最外腔Im左右為正方形，由銅鋁材料製成，有效調節範圍需大於lm，考慮到實際底部檢修窗口位置，輸出饋管位置及頂部留有氣動零部件安裝位置。中腔採用多邊形近似圓形製作。在中腔的前後應留檢修窗。內腔採用圓形銅管。其它通用材質包括銅板、鍍銀銅板、鈹青銅彈簧觸點、金屬絲槓、鋼鋁支架。內外腔體採用絲槓、同步帶形式調節，需有檢測、定位及限位裝置。以下結合附圖，對本發明實施例的上述技術方案進行詳細說明。本發明實施例的射頻寬帶高功率電子管放大器同軸重疊式輸出諧振腔是為兆瓦級金屬陶瓷電子四極管放大器輸出迴路使用設計的，用於調諧和調配，電子管放大器輸出迴路要求在24MHz至IOOMHz頻率範圍內，輸出I. 5麗射頻連續波功率，沒有足夠功率容量的集中參數真空電容來實現功率傳輸耦合，所以在本發明實施例中，對輸出迴路進行調諧調配均需採用同軸短路腔的形式，在不同的頻段通過改變短路腔的長度內腔調諧，外腔調配的方法來實現。進入頻率高端，在調節過程中內外腔都要進行1/4 X、1/2 X與3/4入電路模式轉換。此外，電子管可以從腔體中間打開一個窗口安裝或取出，無需移動整個腔體，並且腔體短路板採用氣動滑板結構，可以方便的實現寬範圍腔體調諧的需要。從物理模型上看，本發明實施例的射頻寬帶高功率電子管放大器同軸重疊式輸出諧振腔的內腔是一個圓形銅管，中腔考慮到加工難度和型材尺寸的限制，通過多邊形結構來等效同軸圓型，因此內腔可以近似同軸腔，而外腔等效為方圓腔。圖4是本發明實施例的I. 5MW腔體功率放大器輸出迴路原理示意圖，如圖4所示，本發明實施例的射頻寬帶高功率電子管放大器同軸重疊式輸出諧振腔主要由以下幾個部分組成輸出調諧內腔電感LlOl及驅動裝置M9，輸出調配外腔電感L102及驅動裝置MlO。經過分析，I. 5MW輸出腔電路模式在頻率低端和頻率高端所呈現的形式是不同的，圖5是本發明實施例的I. 5MW腔體功率放大器頻率低端輸出迴路等效電路示意圖，如圖5 所示，在頻率低端，其匹配腔應用0 1/4入短路線模式，成感性。 圖6是本發明實施例的I. 5麗腔體功率放大器頻率高端輸出迴路等效電路示意圖，如圖6所不，I. 5麗輸出腔在頻率聞端，由於腔長過短，腔底部電子管、輸出饋線等邊緣效應的影響，腔體調整已經無法滿足要求，所以其匹配腔應用1/2X短路線模式，成容性，外腔調節位置也相應增長，同時為了克服高頻段物理尺寸的限制，還需要用3/4X感性模式來調節。等效電感模式計算如下=Co表示電子管陽極輸出電容，C102表示陽極隔直電容，Roe為陽極諧振時的等效阻抗，R為負載等效阻抗。內腔與外腔特性阻抗通過物理尺寸計算為已知數據，需求出不同頻率下內腔與外腔的感抗及腔體調節長度兩個未知參數。通過匹配諧振條件從虛線端向負載端的阻抗Z，其實部應等於電子管輸出負載阻抗Roe，其虛部為零兩個方程式，便可求解LlOl及L102，其計算過程如下L101、L102與R的並串聯表達為
X 2 -R ( X R2I
rI八L102 AV . ! yvLlOl, V~r + J rr-—~r + xu
Zl=Ali02+ 入 uo2y =Rl + ]XL根據網絡諧振條件公式，迴路Q值
j Roe] oeJ-1 ； R =—~
Q=V r I => Q1 +1
RoaRoe
_4] Xl=Rl Q ;Xco=^~ ;= } Q=X^
j R設—1;可得XL_=!;X, , =Xl-^
q=、Lqq- M=Xl-Rl-q表I為外腔感性(1/4 A ,3/4 A)模式、以及外腔呈容性模式EXCEL計算結果。表I
權利要求
1.一種射頻寬帶高功率電子管放大器同軸重疊式輸出諧振腔，用於為射頻寬帶高功率電子管放大器輸出迴路進行調諧調配，其特徵在於，包括諧振腔內導體、諧振腔中間導體、諧振腔外導體、射頻輸出同軸饋線、同軸薄膜隔直電容、內腔輸出調諧匹配腔板、內腔輸出調諧匹配腔板調整裝置、外腔輸出調諧匹配腔板、以及外腔輸出調諧匹配腔板調整裝置； 所述諧振腔內導體、所述諧振腔中間導體與所述諧振腔外導體為同軸結構，所述諧振腔內導體與所述諧振腔中間導體之間形成內諧振腔，所述諧振腔中間導體與所述諧振腔外導體外導體之間形成外諧振腔；所述內諧振腔中設置有所述內腔輸出調諧匹配腔板，所述內腔輸出調諧匹配腔板用於根據射頻功率輸出頻率對所述內諧振腔進行調諧；所述內腔輸出調諧匹配腔板與所述內腔輸出調諧匹配腔板調整裝置相連接，用於調節所述內腔輸出調諧匹配腔板的位置；所述外諧振腔中設置有所述外腔輸出調諧匹配腔板，所述外腔輸出調諧匹配腔板用於根據射頻功率輸出頻率對所述外諧振腔進行調配；所述外腔輸出調諧匹配腔板與所述外腔輸出調諧匹配腔板調整裝置相連接，用於調節所述外腔輸出調諧匹配腔板的位置；所述諧振腔內導體通過底部的所述同軸薄膜隔直電容與所述電子管放大器的陽極相連接，用於對所述電子管放大器發送的射頻功率進行傳輸；所述射頻輸出同軸饋線設置於所述諧振腔外導體上，用於進行射頻功率輸出。
2.如權利要求I所述的諧振腔，其特徵在於，所述諧振腔內導體為同軸管。
3.如權利要求2所述的諧振腔，其特徵在於，所述諧振腔中間導體為多邊形圍成的等效圓形框架結構。
4.如權利要求3所述的諧振腔，其特徵在於，所述諧振腔外導體為正方形框架結構。
5.如權利要求4所述的諧振腔，其特徵在於，所述外諧振腔和所述內諧振腔根據射頻功率輸出頻率分別匹配1/4 X波長、1/2X波長、或3/4X波長短路諧振腔工作模式。
6.如權利要求I所述的諧振腔，其特徵在於，所述內腔輸出調諧匹配腔板和所述外腔輸出調諧匹配腔板採用氣動滑板結構，所述內腔輸出調諧匹配腔板調整裝置和所述外腔輸出調諧匹配腔板調整裝置為調節槓絲。
7.如權利要求I所述的諧振腔，其特徵在於，所述諧振腔內導體上設置有可打開的窗口，用於安裝或取出所述電子管放大器。
8.如權利要求I所述的諧振腔，其特徵在於，所述外諧振腔底部設置有一個或多個波導吸收體。
9.如權利要求I所述的諧振腔，其特徵在於，所述射頻輸出同軸饋線在24MHz至IOOMHz頻率範圍之內，進行I. 5MW的射頻功率輸出。
全文摘要
本發明公開了一種射頻寬帶高功率電子管放大器同軸重疊式輸出諧振腔。用於為射頻寬帶高功率電子管放大器輸出迴路進行調諧調配，包括諧振腔內導體、諧振腔中間導體、諧振腔外導體、射頻輸出同軸饋線、同軸薄膜隔直電容、內腔輸出調諧匹配腔板、內腔輸出調諧匹配腔板調整裝置、外腔輸出調諧匹配腔板、以及外腔輸出調諧匹配腔板調整裝置。藉助於本發明的技術方案，突破了射頻大功率輸出環節的瓶頸，對24~100MHz頻段範圍內的兆瓦級功率調諧耦合輸出得以順利的實現，起到了決定性的作用，為核聚變大科學試驗提供了必要的條件。
文檔編號H01J23/36GK102868011SQ20121025663
公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月23日 優先權日2012年7月23日
發明者魏世東, 高岷民, 餘才軍, 文睿 申請人:北京長峰廣播通訊設備有限責任公司