平面级联速调管的制作方法

1.本发明属于真空电子器件中的高功率微波技术领域，尤其涉及一种平面级联速调管。


背景技术：

2.多注速调管是一种高功率、宽频带、高增益、高效率的微波真空电子器件。
3.使用多个电子注在边腔内进行注波互作用是在高频段较小器件体积下实现高功率电磁波输出的重要手段。基于基模哑铃型边腔发展出来的平面多注速调管功率水平可以与带状注相比拟，同时没有带状注器件带来的矩形电子注的产生和长距离传输问题。然而基于基模哑铃型边腔而设计的平面多注速调管会面临较为严重的高次模式竞争问题。
4.并且，由于考虑边腔的模式间隔，哑铃型边腔的横向宽度不能够做的很宽，电子注之间的距离被限制，因此不能够采用大的阴极发射面。这就使得阴极发射密度非常高才能够实现较大的电子注总电流。然而高电流发射密度的阴极会导致阴极的寿命严重降低。哑铃型腔在横向宽度被拉的很大的时候，横向高度的变化会极大的影响边腔谐振频率。因此对哑铃型腔横向高度的加工精度要求较高。


技术实现要素：

5.针对于现有技术问题，本发明提供一种平面级联速调管，用于至少部分解决以上技术问题。
6.本发明实施例提供一种平面级联速调管，包括本体，所述本体具有立方体形外部轮廓，在所述本体内形成：在所述本体的长度方向上间隔布置有第一谐振部、第二谐振部、以及位于所述第一谐振部和第二谐振部之间的至少一个中间谐振部，所述第一谐振部、第二谐振部、以及中间谐振部中的每一个包括：多个间隙腔，在所述本体内沿长度方向间隔分布；以及多个边腔，布置在每个间隙腔沿所述本体宽度方向的两端，每个所述边腔和对应的所述间隙腔连通；以及多个电子注通道，每个所述电子注通道沿长度方向贯穿所述本体，并与所述第一谐振部、第二谐振部、以及中间谐振部中的在宽度方向对齐的间隙腔连通。
7.根据本公开的实施例，每个所述间隙腔包括多个在所述本体的长度方向上隔开并在宽度方向上延伸的谐振间隙。
8.根据本公开的实施例，所述第一谐振部的至少一个边腔和输入波导连通。
9.根据本公开的实施例，所述第二谐振部的至少一个边腔和输出波导连通。
10.根据本公开的实施例，每个所述电子注通道位于所述第一谐振部的端部设置有电子发生装置，所述电子发生装置包括：阴极，用于产生电子；控制极以及阳极，所述控制极和阳极共同作用将所述阴极产生的电子汇聚成适用于注入所述电子注通道的电子注；每个所述电子注通道位于所述第二谐振部的端部设置有收集极，所述收集极用于接收来自于所述电子注通道的所述电子注。
11.根据本公开的实施例，所述本体内布置有冷却管，以对所述收集极进行降温。
12.根据本公开的实施例，所述冷却管内置有换热介质，所述换热介质在所述冷却管内进行循环。
13.根据本公开的实施例，在所述第一谐振部和所述第二谐振部中，相邻的两个所述间隙腔共用一个所述边腔，使得所述第一谐振部的间隙腔和边腔依次连通、所述第二谐振部的间隙腔和边腔依次连通。
14.根据本公开的实施例，在所述中间谐振部中，相邻的两个所述间隙腔共用一个所述边腔，所述中间谐振部的间隙腔和边腔依次连通。
15.根据本公开的实施例，在所述中间谐振部中，相邻的两个所述间隙腔之间的两个所述边腔隔开。
16.根据本发明的上述实施例提供一种平面级联速调管，上述平面级联速调管采用多个边腔配合多个间隙腔的结构使得间隙腔两侧边腔的体积更大，进而使得谐振部的体积更大，实现了较宽的电子注通道间隔，有利于电子注通道的单注电流提高，进而提高总电流较为有效的提升速调管的输出功率。
附图说明
17.图1示出了本公开的一种示例性实施例的速调管的截面示意图；
18.图2是图1所示示例性实施例所示的a
‑
a向部分的剖视图；
19.图3是图1所示示例性实施例的速调管工作状态下在间隙腔和边腔内的电场分布示意图；
20.图4示出了本公开的另一种示例性实施例的速调管的截面示意图。
具体实施方式
21.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，对本发明作进一步的详细说明。在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。
22.在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
23.在使用类似于“a、b和c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b和c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)。在使用类似于“a、b或c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b或c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)
24.图1示出了本公开的一种示例性实施例的速调管的截面示意图；图2是图1所示示例性实施例所示的a
‑
a向部分的剖视图。
25.根据本公开的一种总体上的发明构思，如图1和图2所示，提供一种平面级联速调管，包括本体14，上述本体14具有立方体形外部轮廓，在本体14内形成：在所本体14的长度方向上间隔布置有第一谐振部7、第二谐振部11、以及位于所述第一谐振部7和第二谐振部11之间的至少一个中间谐振部8。第一谐振部7、第二谐振部11、以及中间谐振部8中的每一个包括：在本体14内沿长度方向间隔分布的多个间隙腔16；以及布置在每个间隙腔16沿本体14宽度方向的两端的多个边腔15，每个边腔15和对应的间隙腔16连通。所述平面级联速调管还包括多个电子注通道4，每个电子注通道4沿长度方向贯穿本体14并与所述第一谐振部7、第二谐振部11、以及中间谐振部8中的在宽度方向对齐的间隙腔16连通。
26.根据本公开的实施例，每个间隙腔16包括多个在本体14的长度方向上隔开并在宽度方向上延伸的谐振间隙。
27.根据本公开的实施例，第一谐振部7的至少一个边腔15和输入波导连通。
28.在一种示例性实施例中，第一谐振部7的位于边缘的一个边腔15和输入波导6连通。
29.在另一种示例性实施例中，第一谐振部7的位于边缘的两个边腔15分别和输入波导6连通。
30.根据本公开的实施例，第二谐振部11的至少一个边腔15和输出波导连通。
31.在一种示例性实施例中，第二谐振部11的位于边缘的一个边腔15和输出波导10连通。
32.在另一种示例性实施例中，第二谐振部11的位于边缘的两个边腔15分别和输出波导10连通。
33.根据本公开的实施例，每个所述电子注通道4位于所述第一谐振部7的端部(图1中的左端)设置有电子发生装置，所述电子发生装置包括：阴极1，用于产生电子；控制极2以及阳极3，所述控制极2和阳极3共同作用将所述阴极1产生的电子汇聚成适用于注入所述电子注通道4的电子注；每个所述电子注通道4位于所述第二谐振部11的端部(图1中的右端)设置有收集极12，所述收集极12用于接收来自于所述电子注通道4的所述电子注。
34.根据本公开的实施例，所述本体14内布置有冷却管13，以对所述收集极进行降温。
35.详细地，冷却管13采用内置换热介质的空管，空管可采用一根弯曲成环绕收集极12的管路，也可采用多个支管环绕收集极12进行排布。
36.根据本公开的实施例，所述冷却管13内置有换热介质，所述换热介质在所述冷却管13内进行循环。其中，换热介质可采用水或其他液体，气体。
37.根据本公开的实施例，如图1所示，多个边腔15和多个间隙腔16布置成矩阵结构，在该矩阵结构中，位于一行的多个边腔15在长度方向(行方向)上对齐，位于另一行的多个间隙腔在长度方向(行方向)上对齐，位于一列的多个间隙腔和多个边腔在宽度方向(列方向)上对齐并交替设置。在所述第一谐振部7和所述第二谐振部11中，相邻的两个所述间隙腔16共用一个所述边腔15，使得所述第一谐振部7的间隙腔15和边腔16在宽度方向上依次连通、所述第二谐振部11的间隙腔15和边腔16在宽度方向上依次连通。
38.根据本公开的实施例，在所述中间谐振部8中，在宽度方向上，相邻的两个所述间隙腔16共用一个所述边腔15，所述中间谐振部8的间隙腔15和边腔16交替设置并依次连通。
39.在一种示例性的实施例中，又如图1和图2所示，在本体14内的长度方向上布置有
第一谐振部7、第二谐振部11、以及位于所述第一谐振部7和第二谐振部11之间的两个中间谐振部8。上述四个谐振部均工作在tm310模式。
40.详细的，第一谐振部7的每个间隙腔16包括3个谐振间隙；中间谐振部8的每个间隙腔16包括3个谐振间隙；第二谐振部11的每个间隙腔16包括5个谐振间隙。本领域的技术人员理解，可以根据要求分别设定中间谐振部的数量、以及每个间隙腔16中谐振间隙的数量。
41.详细的，中间谐振部8中的间隙腔16和边腔15交替排布，每个间隙腔16分别和相邻的边腔15连通。
42.详细的，每个边腔的宽度大致为1/4截止波长。
43.图3是图1所示示例性实施例的速调管工作状态下在间隙腔和边腔内的电场分布示意图，其中灰度较深的部分表示电场强度较高，灰度较浅的部分表示电场强度较低。
44.根据本公开的实施例所公布的参数，如图3所示，各个边腔15和间隙腔16稳定工作在tm310模式，且边腔15的电场强度较强，以间隙腔16(非边缘位置的间隙腔)共用边腔15的拓扑方式形成腔体级联，可较为有效的提高速调管的输出功率。
45.图4示出了本公开的另一种示例性实施例的速调管的截面示意图。
46.根据本公开的实施例，如图4所示，在所述第一谐振部7和所述第二谐振部11中，相邻的两个所述间隙腔16共用一个所述边腔15，使得所述第一谐振部7的间隙腔16和边腔15依次连通、所述第二谐振部11的间隙腔和边腔依次连通。
47.根据本公开的实施例，在所述中间谐振部8中，相邻的两个所述间隙腔16之间的两个所述边腔15隔开。
48.在另一种示例性的实施例中，又如图4所示，中间谐振部8的每个电子注通道4的径向两侧外部的本体14内分别对称布置一个边腔15，每两个对称的边腔15之间布置一个所述间隙腔16。
49.根据本公开的实施例，如图1和图2所示，在本体14内的长度方向上间隔布置有第一谐振部7、第二谐振部11、以及位于所述第一谐振部7和第二谐振部11之间的两个中间谐振部8。
50.详细的，第一谐振部7、第二谐振部11和两个中间谐振部8中的每个间隙腔16均包括5个谐振间隙。
51.根据本公开的实施例所公布的参数，采用对向设置的两个边腔15配合一个间隙腔16的结构，可在两个中间谐振部8内较为有效的提升单腔的互作用能力。只通过较少数量的谐振间隙就可以获得较大的互作用阻抗，从而使得漂移管中的电子在进入第二谐振部11能获得更好的调制，进而在第二谐振部激励起来较强的电场。
52.相较于图1所示的实施例，只需通过较少的数量的谐振间隙即可达到同级别甚至更强的互作用阻抗，从而减小了互作用电路的长度。
53.根据本公开的实施例，在第一谐振部7和第二谐振部11采用间隙腔16和边腔15交替排布，每个间隙腔16分别和相邻的边腔15连通。可较为有效的对输入波导6的电磁波输入强度以及输出波导11的电磁波输出强度进行统一。
54.根据本公开的实施例，电子发生装置中的阴极1产生的电子经控制极2和阳极3汇聚成直流电子束，直流电子束通过电子注通道4进入第一谐振部7，同时种子信号通过输入波导进入第一谐振部，在第一谐振部内对直流电子束进行初步调制，形成一定的速度群聚。
然后直流电子束经过中间谐振部8倍连续地调制，并且在谐振部之间的漂移段逐渐地将速度调制转化成为密度调制，形成群聚束团。最终群聚束团与第二谐振部11内的间隙电场发生更为强烈的束
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波互作用，将能量转交给电磁波，并最终通过输出波导10将产生的输出信号辐射出去。
55.本发明中提供一种平面级联速调管，由于间隔设置的边腔15的限制，可使得间隙腔16内连通的电子注通道的间距被迫提升，可较为有效的降低电子光学系统(电子发生装置)的压力。进而使得阴极发射密度降低，较为有效的提升速调管的使用寿命。并且，由于间隙腔16的间距被拉大，可较为有效的降低基场强度，将电子注放在适合的模式下(如tm310模式)场较强的位置可以对基膜起到一定的抑制。
56.更进一步的，高次模腔的等效横向高度相比基模腔变大，因此相邻的模式间隔变大。并且，由于各腔的横向高度变大，对加工精度的要求变低。
57.以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。