一种用于行波管的同轴输能结构及行波管的制作方法

1.本发明涉及微波真空电子器件领域，特别涉及到一种螺旋线小型化行波管的同轴输能结构。


背景技术：

2.行波管是一种微波真空电子器件，可以放大不同频段的信号，具有大功率、宽频带、高增益、高效率的特点，在电子对抗、雷达和卫星通信等领域得到了广泛的应用。行波管主要由五部分组成，分别是电子枪、聚焦磁系统、慢波结构、输入输出耦合器装置和收集极。其工作原理为电子枪产生一个具有所需尺寸和电流的电子束，电子束从电子枪出来后要穿过细长的慢波结构，高频信号经输入耦合器装置进入行波管内形成沿慢波结构传输的行波。慢波结构的任务是使电磁波的相速降到和电子的运动速度基本相同，以使电子束和电磁波相互作用交换能量。由于磁场的聚焦作用，电子束在慢波结构内沿慢波结构的轴向前进，电子前进的过程伴随着与电磁波的互作用，电子的动能转化为电磁波的能量，从而实现了对输入高频信号的能量放大。高频信号通过输出耦合器装置输出，交出大部分能量的电子最终打到收集极上转化成热能。
3.与固态微波放大器相比，传统行波管虽然可以提供足够大的输出功率，但其需要加很高的工作电压，所以在实际工作中，并不太方便用户的加电使用。此外，行波管的尺寸和重量太大，结构也比较复杂，所以加工、维修比较困难。因此面对固态微波放大器的挑战，越来越需要研制出实用的低电压、高可靠性的小型化行波管。微波功率模块(mpm)采用固态放大器作激励级，行波管作为输出级，将固态放大器与行波管集成起来，兼具了固态器件和电真空器件的优点，已被广泛应用在电子武器装备系统及卫星通信等各个军事、民用领域。mpm的发展也要求行波管越来越小型化。将行波管进行小型化设计，可以扩展行波管的应用范围。
4.行波管的小型化可以通过分别小型化其长度(l)、厚度(h)和宽度(w)来实现。例如，长度可以通过缩短慢波结构满足，厚度可以通过减小其电子枪、高频段和收集极的径向尺寸而满足；相比较而言，对行波管的宽度进行小型化比较困难。合理地小型化行波管宽度对于充分利用mpm内部空间，提高mpm的集成度很有必要。行波管的输入、输出耦合器装置也即输能结构在决定行波管的宽度上起了重要作用。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种小型化的行波管，该行波管的输能结构中的输入同轴耦合器具有较低的高度，从而达到缩小行波管横向尺寸的目的。
6.根据本发明的一个方面，提供了一种同轴输能窗结构，包括：同轴输能窗，所述同轴输能窗包括针状的内导体和具有外螺纹的外导体，以及设置在所述外导体内用于固定所述内导体的支撑介质；
7.金属管，所述金属管可拆卸的插接于所述内导体的端部；以及
8.内导体外环，所述内导体外环套接于所述外导体的内侧，且所述金属管与所述内导体之间具有间隙；
9.其中，所述外导体的外径和所述金属管的内径分别与标准阳头射频同轴连接器对应。
10.优选地，所述外导体设置为圆筒型，所述内导体外环的底面与所述外导体的底面抵接。
11.优选地，所述内导体外环与所述外导体之间为过盈配合。
12.优选地，所述金属管与所述内导体之间为过盈配合。
13.优选地，所述金属管的材质为镍。
14.优选地，所述外导体包括同轴设置的上部和下部，所述内导体的端部和内导体外环位于所述上部内。
15.优选地，所述上部与下部的连接处形成有容纳所述支撑介质的收容空间。
16.优选地，所述上部内设有环状的凸台，所述内导体外环抵接于所述凸台上。
17.优选地，所述下部的截面设置t型。
18.根据本发明的另一个方面，提供了一种行波管。
19.本发明的有益效果如下：
20.本发明的同轴输能窗结构通过将同轴输能窗外导体的外径与标准阳头射频连接器的螺母相对应，且在同轴输能窗的内导体上插接金属管、在外导体内套接内导体外环，实现同轴输能窗与标准阳头射频连接器直接连接，从而去除了原有的外转接器，进而减小了同轴输能窗的尺寸，也就减小了行波管的宽度尺寸。
21.金属管与内导体外环为行波管外部的可拆装件，在多次插接老化后，可直接更换，避免了由于金属管老化而影响行波管有效使用甚至报废的情况，促进了行波管的长期有效使用。
附图说明
22.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
23.图1示出本发明的结构示意图。
24.图2示出本发明同轴输能窗的结构示意图。
25.图3示出本发明与标准阳头射频连接器的结构示意图。
具体实施方式
26.为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
27.射频同轴电缆之间的连接一般是通过标准阳头射频连接器与阴头射频连接器相连实现的，标准的阳头连接器内导体接口为实心针，外导体接口为可转动螺母，而阴头连接器内导体接口为孔，外导体接口为螺栓，两者之间内导体通过针与孔配接，外导体通过螺纹配接，由阳头上的可转动螺母拧在阴头的外导体螺栓上。
28.同轴输能窗是微波电子器件如行波管、速调管、返波管、磁控管等进行能量传输的
一个重要组成部分，它不仅能确保微波器件中发生注
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波互作用的慢波电路处于真空环境中起到密封隔绝的作用，还能使电磁波顺利通过进行能量传递和信号传输的作用。
29.螺旋线行波管上的同轴输能窗通过与射频同轴电缆连接实现与外部电路的连接，但行波管为了实现真空密封，同轴输能窗的内导体必须为实心针，与标准阳头射频连接器的内导体一致，同轴输能窗的外导体接口若按标准阳头连接器设计为可转动的螺母，由于同轴输能窗靠近行波管高频段，为了实现行波管小型化，减小横向尺寸，留给拧螺母的操作空间有限，会造成与标准阴头射频连接器外导体螺栓连接的不便，所以，同轴输能窗外导体设计为固定的螺栓接口，但是这样同轴输能窗的内导体为针，外导体为螺栓，与标准的阳头连接器(内导体为针，外导体为螺母)及标准阴头连接器(内导体为孔，外导体为螺栓)均不能直接实现连接。
30.为了解决同轴输能窗与标准射频连接器连接的问题，现有技术是在同轴输能窗上加装内转接器和外转接器，将同轴输能窗转接为标准阴头连接器的内、外导体接口，以实现与标准的阳头连接器的内、外导体连接。
31.外转接器一端为可与同轴输能窗外导体的螺栓配接的螺母，另一端为可与标准阳头外导体螺母配接的螺栓，同轴输能窗加上该外转接器后，可实现与标准阳头连接器的外导体连接。
32.内转接器为一段与标准阴头连接器内导体尺寸一致的细长镍管，该镍管一端焊接在同轴输能窗的内导体(窗针)上，另一端穿入外转接器的中心通孔后与标准阳头连接器的内导体相插接。同轴输能窗加上该内、外转接器后，可实现与标准阳头连接器的内外导体连接，但这一设计使得同轴输能耦合器的整体高度增加，不利于行波管的小型化。而且由于内转接器镍管为不带弹性的整圆管，多次的插接易造成该细长镍管内导体接口的松弛，甚至胀裂，会造成与标准阳头连接器的虚接情况，影响射频信号输入行波管，造成测试指标不稳定。而且，由于该内转接器镍管一端在800℃高温钎焊在行波管同轴输能窗的内导体(窗针)上，无法脱开更换，将直接影响该行波管的有效使用，甚至造成该行波管的报废。
33.为了保证同轴输能窗的连接灵活可靠，同时缩小其尺寸，图1示出本发明用于行波管的同轴输能结构的一种实施方式，该同轴输能结构包括同轴输能窗10、金属管20和内导体外环30，同轴输能窗10包括内导体101、外导体102和支撑介质103，金属管20可拆卸地插接于内导体101的端部，内导体外环30套接于外导体102的内侧表面，且金属管20与内导体外环30之间形成有间隙。
34.外导体102的外侧表面设有外螺纹，且外导体102的外径和金属管20的内径分别与标准阳头射频同轴连接器相对应，外导体102能够与标准阳头射频同轴连接器的外导体螺母连接，同时，标准阳头射频同轴连接器的内导体能够与金属管20插接，实现同轴输能窗结构与标准阳头射频同轴连接器的内、外导体连接。
35.相对于常规结构的同轴输能窗必须接外转接器才能与标准的阳头连接器内、外导体相配接的结构，缩小了其尺寸。同时，相对于常规结构的金属管20直接高温钎焊在内导体101上的方式，该金属管20和内导体外环30为通过尺寸紧配合装配的可拆装的活动件，金属管20在多次插接老化后，可直接更换新的，连接时与内导体101配接安装上即可，不影响行波管的有效使用。避免了常规结构中由于金属管20多次插接老化影响行波管有效使用甚至报废的情况。
36.进一步地，外导体102大体呈圆筒型，内导体外环30的底面与外导体102的底面抵接，内导体外环30的外侧面与外导体102的内侧表面抵接，优选地，内导体外环30与外导体102之间为过盈配合。金属管20与内导体101之间也为过盈配合，防止金属管20和内导体外环30从同轴输能窗10上脱落，提高连接可靠性。在本实施方式中，金属管20为镍管或镍合金管，能够提高金属管20的抗氧化性、耐蚀性。
37.如图2所示，本实施方式中外导体102包括上部结构1021和下部结构1022，上部结构1021和下部结构1022大体呈圆筒型，且上部结构1021与下部结构1022的轴线重合。
38.上部结构1021的底面与下部结构1022的顶面固定连接，在二者的结合处形成有收容空间104，支撑介质103位于收容空间104内，并与外导体102固定连接，内导体101的顶端穿过下部结构1022和支撑介质103后位于上部结构1021内。
39.上部结构1021的内侧表面凸起形成环状的凸台105，内导体外环30的底面与凸台105抵接。上部结构1021的外侧面设有外螺纹106，外螺纹106用于与标准阳头射频连接器螺接。下部结构1022的截面设置为t型，便于与行波管连接。
40.如图3所示，本发明的同轴输能窗结构与标准阳头射频连接器连接后的结构示意图，其中标准阳头射频连接器包括阳头外导体41、阳头内导体42和螺母43，射频电缆50与该标准阳头射频连接器连接。阳头内导体42为针状，插接于金属管20的一端，与内导体101连接，螺母43螺接与外导体102的外侧，并将阳头外导体42的端部与内导体外环30抵接，从而实现同轴输能窗结构与标准阳头射频连接器的连接。
41.本发明的同轴输能窗结构与常规同轴耦合器使用方法相同，即将同轴输能窗10焊接在慢波结构螺旋线端头，确保窗针底部，即内导体101的底部与螺旋线搭接焊好；装好金属管20和内导体外环30后，将标准阳头射频连接器通过螺纹拧紧在同轴输能窗10上即可实现与外部系统的连接。该同轴输能窗结构的尺寸小、可靠性高，可用于多种具有体积小型化需求、试图通过缩短同轴耦合器高度来减小横向尺寸的螺旋线行波管。同时，由于金属管20和内导体外环30可拆装，避免了由于内转接器多次插接老化后影响行波管有效使用甚至报废的情况。
42.本发明实施例还公开了一种设有上述同轴输能窗结构的行波管，该行波管具有小型化的特点。对具有本发明同轴输能窗结构的行波管进行测试后，该结构的电压驻波比在37ghz～42ghz频带内达到了1.2以下，达到了良好的阻抗匹配水平。
43.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。