CN102163528B - 一种多注耦合腔行波管慢波结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多注耦合腔行波管慢波结构及其制作方法；所述多注耦合腔行波管慢波结构，由极靴和铜环连接的耦合腔链构成；所述极靴和铜环交替排列，在所述极靴和铜环上设有相互错开呈180°排列的耦合槽；所述极靴厚度d1大于所述铜环厚度d2；所述的耦合腔行波管慢波结构的制作方法，包括两大步骤。本发明通过改变极靴和铜环厚度d1及d2，使得极靴能够传导较大的磁场值而不发生磁场饱和的现象；本发明操作简单可行，能有效提高大功率多注耦合腔行波管的电子注通过率及工作稳定性。

Description

一种多注耦合腔行波管慢波结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及微波真空电子器件领域，具体涉及一种多注耦合腔行波管慢波结构及其制作方法，尤其涉及用于大功率多注行波管的耦合腔行波管慢波结构及其制作方法。

背景技术

行波管作为真空微波功率放大器件，具有频带宽、增益大、效率高、可靠性高等优点，在各类军用微波发射机中有着广泛的应用，被誉为武器装备的“心脏”。

行波管根据其慢波结构可分为螺旋线行波管、耦合腔行波管、多注耦合腔行波管等。由于多注耦合腔行波管慢波结构的散热性能很好，能承受相当大的功率，因此多注耦合腔行波管一般用于大功率的行波管中。

但是在多注耦合腔行波管的实际工作中，随着行波管输出功率的增大，其所需要的聚焦磁场也要求更大，此时行波管中软铁制作的极靴可能出现磁场饱和从而导致电子注散焦，影响电子注的通过率，最终可能使得行波管报废。

传统的大功率多注耦合腔慢波结构如图1所示，慢波结构由极靴1和铜环2连接构成，其中极靴1由软铁材料，一般为电工纯铁DT8制作，铜环2由无氧铜TU1材料制作，极靴1和铜环2上都开有耦合槽。极靴1和铜环2交替排列，通过钎焊焊接的方式形成空腔链，空腔链通过设在极靴1和铜环2上的耦合槽相互耦合，构成耦合腔链。这些耦合腔链与输入输出装置连接，再在耦合腔链中部位置设置吸收器，就构成耦合腔慢波系统。

为了获得较高的耦合阻抗，传统的多注大功率耦合腔慢波结构极靴的厚度d₁与铜环的厚度d₂相等；极靴1加载头的厚度d3与铜环2加载头的厚度d4相等；磁钢安装在铜环2上，磁钢的内径与铜环2的外径相同，磁钢2两侧同时与两片极靴1紧密配合。随着行波管输出功率的不断提高，对所需要的聚焦磁场的值的要求也不断提高，可以高达3000Gs～5000Gs，甚至更高。由于制作极靴1的软铁材料的磁导率是有限的，随着磁场值的不断提高，必然会导致极靴1中出现磁场饱和的现象。一旦极靴1出现磁场饱和，磁力线的分布就会改变，导致在电子注所在的轴上出现与电子注运动方向不一致的径向场和周向场，这些磁场对电子注的聚焦都有害，可以统称为横向场。一旦在电子注的轴上出现较大的横向场，电子注的流通率就会很差，导致多注耦合腔行波管的永磁聚焦系统工作失效，最终使得行波管报废。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子注流通率好的多注耦合腔行波管慢波结构及其制作方法，减小多注大功率行波管因为极靴出现磁场饱和而导致电子注散焦对行波管造成的损坏；本发明进一步的目的为能够保证行波管电子注与微波信号的耦合阻抗和及其本身色散特性不发生改变。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

所述的这种多注耦合腔行波管慢波结构，由极靴和铜环连接的耦合腔链构成；所述极靴和铜环交替排列，在所述极靴和铜环上设有相互错开呈180°排列的耦合槽；所述极靴的厚度d1大于所述铜环的厚度d2。

作为进一步改进，所述极靴厚度d1为行波管慢波系统周期L的0.4～0.5倍；所述铜环厚度d2为行波管慢波系统周期L的0.2～0.3倍。

作为进一步改进，所述极靴的耦合槽角度大于所述铜环的耦合槽角度。

作为进一步改进，所述极靴的加载头厚度d3大于所述铜环的加载头厚度d4。

作为进一步改进，d3∶d4＝d1∶d2。

所述的多注耦合腔行波管慢波结构的制作方法，包括以下步骤；

(1)制作极靴及铜环，使得极靴厚度d1大于铜环厚度d2；

(2)将(1)制得的极靴和铜环交替排列，设在极靴和铜环上的耦合槽相互错开呈180°排列，通过钎焊焊接的方式将所述极靴和铜环连接成耦合腔链。

作为进一步改进，所述的多注耦合腔行波管慢波结构的制作方法，包括以下步骤；

(1)制作极靴及铜环，使得极靴厚度d1大于铜环厚度d2；所述极靴厚度d1为行波管慢波系统周期L的0.4～0.5倍；所述铜环厚度d2为行波管慢波系统周期L的0.2～0.3倍；

(2)对所述(2)中的极靴及铜环的耦合槽进行加工，使得极靴的耦合槽角度大于所述铜环的耦合槽角度；进一步确定极靴及铜环的耦合槽的具体角度，使得行波管的工作频带不发生偏移；

(3)对所述(1)中极靴及铜环的加载头进行加工，使得极靴的加载头厚度d3与铜环的加载头厚度d4的比值与极靴及铜环的厚度d1及d2的比值相等；

(4)将所述(3)中制得的极靴和铜环交替排列，极靴和铜环上的耦合槽相互错开呈180°排列，通过钎焊焊接的方式将所述极靴和铜环连接成耦合腔链。

本发明的优点在于：所述多注耦合腔行波管慢波结构及其制作方法，通过改变极靴和铜环厚度d1及d2，使得极靴能够传导较大的磁场值而不发生磁场饱和的现象，通过改变耦合槽角度和极靴与铜环加载头的厚度d3及d4，同时又保证了耦合阻抗和色散特性不发生改变。本发明操作简单可行，能有效提高大功率多注耦合腔行波管的电子注通过率及工作稳定性。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为背景技术部分所述的多注耦合腔行波管慢波结构示意图；

图2为本发明所述多注耦合腔行波管慢波结构的结构示意图；

图3为所述多注耦合腔行波管慢波结构极靴及铜环厚度d1及d2相等时的色散图；

图4为所述多注耦合腔行波管慢波结构极靴厚度d1增大时的色散图；

图5所述多注耦合腔行波管慢波结构极靴厚度d1增大及铜环厚度d2减小时的色散图；

上述图中的标记均为：

1、极靴，2、铜环。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图2所示，所述的多注耦合腔行波管慢波结构，由极靴1和铜环2连接的耦合腔链构成；所述极靴1和铜环2交替排列，在所述极靴1和铜环2上设有相互错开呈180°排列的耦合槽；所述极靴1的厚度d1大于所述铜环2的厚度d2。

所述极靴1厚度d1为行波管慢波系统周期L的0.4～0.5倍；所述铜环2厚度d2为行波管慢波系统周期L的0.2～0.3倍。

将所述极靴1的厚度d1设计得大于所述铜环2的厚度d2，实际上就是将极靴1的厚度加厚，将铜环2的厚度减薄。在极靴1的厚度加大以后，极靴1就能够导通更多的磁力线而不发生磁场饱和现象，但如果仅仅将极靴1的厚度加厚，则在较厚的极靴1上的耦合槽中的电容就会变大，也就意味着电容中的储能变大，因为总的能量固定，所以在耦合腔电子注的调制间隙中的储能必然减少，这就直接导致了耦合阻抗的减小，如图4所示。故在将极靴1的厚度d1加厚的同时，将铜环2的厚度d2减小；这样在极靴1上的耦合槽3中的电容加大，储能增加；而在铜环2上的耦合槽3中的电容减小，储能减少；总的效果是在电子注的调制间隙中的储能基本不变，耦合阻抗也基本不变，如图5所示。

所述极靴1的耦合槽角度大于所述铜环2的耦合槽角度。

在将极靴1的厚度d1加厚，将铜环2的厚度d2减小的同时，如果极靴1和铜环2上的耦合槽的角度仍然保持一致，会导致多注耦合腔行波管慢波结构的色散的改变，最终导致行波管的工作频带发生偏移；为了使得行波管的工作频带不发生偏移，需要将厚度加大的极靴1上的耦合槽的角度加大，而将厚度减小的铜环2上的耦合槽的角度减小。总的效果是使得图2所示的多注耦合腔行波管慢波结构的色散特性与图1所述的多注耦合腔行波管慢波结构的色散特性基本保持一致。

所述极靴1的加载头厚度d3大于所述铜环2的加载头厚度d4。

为保持所述多注耦合腔行波管慢波结构的色散不变，极靴1上的耦合槽的角度加大，必然会对极靴1上的磁场磁力线的分布产生影响，一定程度上又带来了有害的横向磁场。为了防止因此而产生的横向磁场，需要将极靴1的加载头的厚度d3加大，同时使得铜环2的加载头的厚度d4减小，使得d3∶d4＝d1∶d2。

所述的多注耦合腔行波管慢波结构的制作方法，包括以下实施例。

实施例一

所述的多注耦合腔行波管慢波结构的制作方法，包括以下步骤；

(1)制作极靴及铜环，使得极靴厚度d1大于铜环厚度d2；

(2)将(1)制得的极靴和铜环交替排列，设在极靴和铜环上的耦合槽相互错开呈180°排列，通过钎焊焊接的方式将所述极靴和铜环连接成多注耦合腔链。

实施例二

所述的多注耦合腔行波管慢波结构的制作方法，包括以下步骤；

(1)制作极靴及铜环，使得极靴厚度d1大于铜环厚度d2；所述极靴厚度d1为行波管慢波系统周期L的0.4倍，d1为1.2mm；所述铜环厚度d2为行波管慢波系统周期L的0.3倍，d2为0.9mm；

(2)对所述(2)中的极靴及铜环的耦合槽进行加工，使得极靴的耦合槽角度大于所述铜环的耦合槽角度；所述极靴上的耦合槽角度为56°，所述铜环上的耦合槽角度为52.2°，使得行波管的工作频带不发生偏移；

(3)对所述(1)中极靴及铜环的加载头进行加工，使得极靴的加载头厚度d3与铜环的加载头厚度d4的比值与极靴及铜环的厚度d1及d2的比值相等；

(4)将所述(3)中制得的极靴和铜环交替排列，极靴和铜环上的耦合槽相互错开呈180°排列，通过钎焊焊接的方式将所述极靴和铜环连接成耦合腔链。

由实施例二制作的多注耦合腔行波管慢波结构，其电子注流通率为84％，行波管的效率达到了20.5％。

实施例三

所述的多注耦合腔行波管慢波结构的制作方法，包括以下步骤；

(1)制作极靴及铜环，使得极靴厚度d1大于铜环厚度d2；所述极靴厚度d1为行波管慢波系统周期L的0.5倍，d1为1.5mm；所述铜环厚度d2为行波管慢波系统周期L的0.2倍，d2为0.6mm；

(2)对所述(2)中的极靴及铜环的耦合槽进行加工，使得极靴的耦合槽角度大于所述铜环的耦合槽角度；所述极靴上的耦合槽角度为58°，所述铜环上的耦合槽角度为50°，使得行波管的工作频带不发生偏移；

(3)对所述(1)中极靴及铜环的加载头进行加工，使得极靴的加载头厚度d3与铜环的加载头厚度d4的比值与极靴及铜环的厚度d1及d2的比值相等；

(4)将所述(3)中制得的极靴和铜环交替排列，极靴和铜环上的耦合槽相互错开呈180°排列，通过钎焊焊接的方式将所述极靴和铜环连接成耦合腔链。

由实施例三制作的多注耦合腔行波管慢波结构，其电子注流通率为92％，行波管的效率达到了21％。

实施例四

所述的多注耦合腔行波管慢波结构的制作方法，包括以下步骤；

(1)制作极靴及铜环，使得极靴厚度d1大于铜环厚度d2；所述极靴厚度d1为行波管慢波系统周期L的0.45倍，d1为1.35mm；所述铜环厚度d2为行波管慢波系统周期L的0.25倍，d2为0.75mm；

(2)对所述(2)中的极靴及铜环的耦合槽进行加工，使得极靴的耦合槽角度大于所述铜环的耦合槽角度；所述极靴上的耦合槽角度为56°，所述铜环上的耦合槽角度为50°，使得行波管的工作频带不发生偏移；

(3)对所述(1)中极靴及铜环的加载头进行加工，使得极靴的加载头厚度d3与铜环的加载头厚度d4的比值与极靴及铜环的厚度d1及d2的比值相等；

(4)将所述(3)中制得的极靴和铜环交替排列，极靴和铜环上的耦合槽相互错开呈180°排列，通过钎焊焊接的方式将所述极靴和铜环连接成耦合腔链。

由实施例四制作的多注耦合腔行波管慢波结构，其电子注流通率为95％，行波管的效率达到了23％。

由图三所示，在所述多注耦合腔行波管慢波结构的极靴d1及d2铜环厚度一致时，其电子注流通率为78％，行波管的效率为19％，由实施例一至实施例四制作的耦合腔行波管慢波结构，其电子注流通率及行波管的效率得到有效提高。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种多注耦合腔行波管慢波结构，由极靴和铜环连接的耦合腔链构成；所述极靴和铜环交替排列，在所述极靴和铜环上设有相互错开呈180°排列的耦合槽；所述极靴厚度d1大于所述铜环厚度d2；其特征在于：所述极靴厚度d1为行波管慢波系统周期L的0.4～0.5倍；所述铜环厚度d2为行波管慢波系统周期L的0.2～0.3倍；所述极靴的耦合槽角度大于所述铜环的耦合槽角度；所述极靴的加载头厚度d3大于所述铜环的加载头厚度d4；d3：d4＝d1：d2。

2.一种权利要求1所述的多注耦合腔行波管慢波结构的制作方法，其特征在于：包括以下步骤；

（1）制作极靴及铜环，使得所述极靴厚度d1大于所述铜环厚度d2；极靴厚度d1为行波管慢波系统周期L的0.4～0.5倍；铜环厚度d2为行波管慢波系统周期L的0.2～0.3倍；

（2）对极靴及铜环的耦合槽进行加工，使得极靴的耦合槽角度大于所述铜环的耦合槽角度；进一步确定极靴及铜环的耦合槽的具体角度，使得行波管的工作频带不发生偏移；

（3）对极靴及铜环的加载头进行加工，使得极靴的加载头厚度d3与铜环的加载头厚度d4的比值与极靴及铜环的厚度d1及d2的比值相等；

（4）将极靴和铜环交替排列，极靴和铜环上的耦合槽相互错开呈180°排列，通过钎焊焊接的方式将极靴和铜环连接成耦合腔链。

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