磁控管的制作方法

1.本公开涉及用于磁控管的阳极、阳极的叶片、磁控管以及制造阳极的方法。该装置和方法可以在产生微波的领域中找到特定但不排他的应用，例如用于粒子加速器中。


背景技术：

2.磁控管可用于产生用于各种不同目的的射频(rf)能量(例如微波)。例如，磁控管产生的rf能量可以提供给粒子加速器(例如直线加速器)并用于建立加速电磁场以加速带电粒子，例如电子。在某些应用中，加速的电子可能会被引导入射到靶材(例如钨)上，这会导致电子的一些能量以x射线的形式从靶材发射出去。
3.在一些应用中，所产生的x射线可以用于医学成像和/或治疗目的。例如，x射线可以被引导入射到患者身体的全部或部分上，并且一个或多个传感器可以定位成检测由患者身体透射和/或反射的x射线。检测到的x射线可用于形成患者身体的全部或部分的图像，该图像可能能够解析身体内部结构的细节。出于治疗目的，x射线可以额外地或替代地被引导入射到患者身体的特定部位上。例如，为了通过破坏肿瘤中的癌细胞来治疗肿瘤，可以引导x射线入射到体内检测到的肿瘤上。
4.或者，为了治疗目的，加速电子可以被引导入射到患者身体的特定部位(例如肿瘤)。例如，从粒子加速器(例如直线加速器)输出的电子可以被准直并被引导入射到患者的身体部位上。
5.在进一步的应用中，粒子加速器可用于产生用于非医疗目的的x射线。例如，所产生的x射线可以被引导入射到要成像的非医疗目标上。一个或多个传感器可定位成检测由成像目标透射和/或从成像目标反射的x射线。检测到的x射线可用于形成能够解析成像目标的内部结构的图像。x射线成像可以在安全相关应用中找到特定用途，因为它能够解析其他隐藏在视线之外的物品。例如，x射线成像可以用于从存储货物的容器外部对货物进行成像。x射线图像可能能够分辨构成隐藏货物的一部分的不同物体，以便识别货物的内容。
6.上面已经描述了磁控管的几种应用，其中，所产生的rf能量用于加速带电粒子，例如电子。然而，磁控管可以找到其他应用，例如产生用于雷达的射频能量。
7.在该情况下，设计了本发明。


技术实现要素：

8.根据本公开的第一方面，提供了一种用于磁控管的阳极，所述阳极包括：圆筒形壳体，所述圆筒形壳体限定纵向轴线，所述壳体的中心用于容纳所述磁控管的阴极；多个叶片，所述多个叶片围绕所述壳体以角度间隔布置，其中每个叶片与其相邻叶片之间的角间距构造成提供所述磁控管的腔体谐振器，其中每个叶片具有从所述壳体朝向所述壳体的中心径向向内延伸的宽度，并且具有与所述壳体的纵向轴线平行地纵向连续延伸的长度；以及多个环形带环，所述多个环形带环用于设置所述腔体谐振器的谐振模式频谱，其中所述带环以纵向间隔并且与所述壳体的所述纵向轴线同心地布置，其中每个叶片包括布置成面
向所述阴极的内叶片段和连接到所述内叶片段并介于所述内叶片段与所述壳体之间的相应外叶片段，以及其中，所述多个叶片构造成在相应的所述内叶片段和所述外叶片段之间支撑所述多个带环，使得每个叶片耦合交替的带环并且每个带环耦合交替的叶片。
9.在本文所述的阳极中，每个叶片设置成两部分：内叶片段和其相应的外叶片段，由此带环布置在它们之间。这样做时，带环穿过叶片，从而被叶片包围并且仅暴露在谐振腔中。与具有暴露在阳极叶片任一端的带环的磁控管相比，这改进了含有上述阳极的磁控管的稳定性。此外，不仅带环通过布置在相应的内外叶片段和外叶片段之间而被相应的叶片充分且稳定地支撑，本文所述的阳极在条带的设计和相对于叶片的布置上具有更大的灵活性。这意味着与现有技术的磁控管相比，通过合适的条带设计可以更容易地满足模式分离和rf场分布的折衷。
10.此外，本文所述的阳极有利于进一步提高磁控管性能。这是因为叶片面向阴极的部分提供了实心且连续的轮廓。通过提供这样的连续轮廓，没有沿叶片提供间隙，从而与现有技术相比导致更低的rf损耗和更平滑的rf场分布。因此，这种没有任何间隙的连续轮廓可以增加功率输出。
11.每个交替叶片可布置成支撑相同的带环，以便通过所述相同的带环电连接。
12.所述内叶片段可以一体地形成。所述外叶片段可一体地形成。每个叶片的长度可等于所述谐振腔的长度。这样做时，所述内叶片段和外叶片段可以形成有连续轮廓，从而在工作中提高磁控管的功率输出。
13.所述多个叶片可包括限定成穿过所述叶片的深度的多个孔，所述孔供所述带环穿过，其中所述多个孔可包括第一孔和第二孔，其中所述第一孔可供所述叶片与穿过所述第一孔的带环耦合，其中每个第一孔可具有尺寸设定成与穿过所述第一孔中的相应带环的横截面积相同的横截面积，其中所述第二孔的尺寸可设定成大于穿过所述第二孔的带环的横截面积，使得在使用中，相应叶片可不构造成与布置在所述第二孔中的所述带环耦合，其中所述多个叶片可包括成角度交替的第一叶片和第二叶片，其中每个第一叶片可包括沿着每个第一叶片的长度纵向交替的多个第一孔和第二孔，如由在面向其相应叶片段的内叶片段和外叶片段中的至少一个的纵向表面中的第一凹槽图案限定的，其中每个第一叶片的所述第一凹槽图案可与另一个第一叶片的所述第一凹槽图案成角度地对齐，其中每个第二叶片可包括沿着每个第二叶片的长度纵向交替的多个第一孔和第二孔，如由在面对其相应叶片段的内叶片段和外叶片段中的至少一个的纵向表面中的第二凹槽图案限定的，其中每个第二叶片的所述第二凹槽图案可与另一个第二叶片的所述第二凹槽图案成角度地对齐，以及其中所述第二叶片的所述第一孔可与所述第一叶片的所述第二孔成角度地对齐，以及其中所述第一叶片的所述第一孔可与所述第二叶片的所述第二孔成角度地对齐。因此，带环在穿过第一孔时通过电接触与相应的叶片耦合，而通过无接触地穿过第二孔而与其他叶片不耦合，从而紧凑且有效地连接交替布置的叶片。
14.所述第一凹槽图案可以仅形成在内部叶片节段和外部叶片节段中的一个上。例如，第一凹槽图案可以形成在所述内叶片段上并且所述外叶片段的对应纵向表面可以包括基本平坦的表面，反之亦然。
15.每个内叶片段的凹槽图案可与其相应的外叶片段的凹槽图案对称。因此，带环可以由内部和外叶片段同等地支撑。
16.所述第一凹槽图案和所述第二凹槽图案中的每一个可以包括在至少一个叶片段中形成齿形轮廓的交替凹槽和突起，其中每个突起可以限定小于所述凹槽的凹陷，其中所述凹槽图案的凹槽可以限定所述第二孔的横截面轮廓的至少一半，并且所述突起的所述凹陷可以限定所述第一孔的横截面轮廓的至少一半。在其他示例中，所述突起可以不包括凹陷，但是可以由用于接触带环的基本平坦的纵向表面形成。在这种示例中，带环可以钎焊于内叶片段和/或外叶片段上的基本平坦的表面。所述第一孔可以至少部分地由内叶片段和/或外叶片段上的基本上平坦的纵向表面形成。所述基本平坦的表面可以形成形成凹槽图案的一部分的突起的纵向表面。
17.每个内叶片段可以具有与由第一和第二凹槽图案中的一个限定的纵向表面相对的另一个纵向表面，其中所述另一个纵向表面可以是具有平滑轮廓的平坦面。这有利地意味着在面向阴极的内叶片段的长度上没有间隙，从而提供改进的电特性。
18.每个外叶片段可以具有与由第一和第二凹槽图案中的一个限定的纵向表面相对的另一个纵向表面，其中所述另一个纵向表面可以附接到所述壳体的内表面。每个外叶片段的所述另一纵向表面可以是具有平滑轮廓的平坦面。提供具有平滑轮廓的外叶片段可以提高制造效率，因为外叶片段可以有效地连接到壳体。
19.所述壳体的所述内表面可包括沿所述壳体的长度纵向延伸并且间隔成角度地布置的多个凹槽，每个凹槽的尺寸设定成安置相应的外叶片段。这可以改进制造，因为在组装阳极时，限定在壳体内壁中的凹槽可以提供外叶片段应当放置在何处的指示。
20.所述壳体的所述内表面可具有平滑轮廓。这可以减少制造步骤的数量，从而提高其效率和成本效益。
21.可以在内叶片段与外叶片段之间提供间隙。内叶片段和外叶片段可以不彼此直接接触。即，一旦阳极组装好，内叶片段和外叶片段可以布置成使得它们彼此不直接接触。内叶片段与外叶片段之间的电连接和/或机械连接可以通过内叶片段和外叶片段和其相应的环形带环之间的直接接触来提供。例如，每个相应的内叶片段和外叶片段均可以与每个交替的环形带环直接接触。
22.在相应的内叶片段与外叶片段之间提供物理间隙确保了在叶片段和环形带环之间提供明确限定的连接。这确保了在叶片段和带环之间提供合适的电连接。这种布置可以确保由阳极支持的谐振模式是所期望的。如果在叶片段和带环之间没有提供合适的电连接，则由阳极支持的谐振模式的频谱可能会受到损害。例如，在内叶片段和外叶片段彼此直接接触的布置中(与在内叶片段与外叶片段之间提供间隙相反)，则可能需要非常严格的几何公差以确保在叶片段与带环之间实现合适的电连接。这种布置在实践中可能难以实现，并且这种布置的实践限制可能损害由阳极支持的谐振模式频谱。因此，提供彼此不直接接触的内叶片段和外叶片段以及在叶片段和带环之间提供直接电连接可以简化阳极的机械布置并确保阳极的所有部件之间的合适的电连接。
23.所述阳极还可包括至少一个突片，所述至少一个突片用于将每个内叶片段连接到其相应的外叶片段，其中所述至少一个突片可布置在相应叶片的纵向端部处。突片可以在相应的内叶片段与外叶片段之间提供电连接和/或机械连接。例如，每个相应的内叶片段和外叶片段可以彼此不直接物理接触并且可以布置成在它们之间具有间隙。至少一个突片可以布置成与内叶片段和其相应的外叶片段均物理接触，以便在相应的内叶片段和外叶片段
之间提供机械和/或物理连接。在至少一些示例中，相应的内叶片段和外叶片节段可以在它们的每个纵向端部处设置有将叶片段连接在一起的突片(使得每个外叶片段通过至少两个突片连接到其相应的外叶片段)。突片以低成本将叶片段有效地连接在一起。如上所述，可以通过与相应环形带环的物理接触来提供内叶片段与外叶片段之间的附加的或替代的机械连接和/或电连接。
24.在叶片段的纵向端部处提供叶片突片来将内叶片段与外叶片电连接，可以确保磁控管的正确工作。在内叶片段和外叶片段彼此不直接接触的布置中，内叶片段和外叶片段之间在其纵向端部处可能存在不连续性。这种不连续性可能导致rf电流遵循复杂的物理路径，并可能改变由阳极支持的谐振频率的分布。通过在叶片段的纵向端部处提供叶片段之间的电连接，叶片突片的合适布置可以避免这种不连续性。
25.内叶片段和外叶片段可以由相同的材料形成。因此叶片可以高效地形成。
26.根据本公开的第二方面，提供了一种用于磁控管的阳极的叶片，该叶片如本文所述。
27.根据本公开的第三方面，提供了一种磁控管，其包括如本文所述的阳极。
28.根据本公开的第四方面，提供了一种制造磁控管阳极的方法，该方法包括：提供圆筒形壳体，所述圆筒形壳体限定纵向轴线，所述壳体的中心用于容纳所述磁控管的阴极；提供多个叶片，其中每个叶片具有从所述壳体朝向所述壳体的中心径向向内延伸的宽度，并且具有与所述壳体的纵向轴线平行地纵向连续延伸的长度；提供多个环形带环，用于设置所述磁控管的腔谐振器的谐振模式频谱；以及将所述叶片和带环布置在所述壳体中，使得：所述叶片围绕所述壳体以角度间隔布置，其中每个叶片与其相邻叶片之间的角间距用于提供所述磁控管的所述腔体谐振器，所述带环以纵向间隔并且与壳体的纵向轴线同心地布置，其中每个叶片包括布置成面向所述阴极的内叶片段和连接到所述内叶片段并介于所述内叶片段与所述壳体之间的相应外叶片段，以及其中，所述多个叶片构造成在相应内叶片段和外叶片段之间支撑所述多个带环，使得每个叶片耦合交替的带环并且每个带环耦合交替的叶片。
29.提供所述多个叶片可包括通过以下方式形成所述多个叶片：在第一组金属长方体内穿过其深度形成第一孔图案，其中所述第一孔图案包括多个第一孔和第二孔，所述多个第一孔和第二孔沿着所述第一组中的每个金属长方体的长度交替，其中每个第一孔的横截面积尺寸设定成与所述磁控管的带环的横截面积相同，以及其中每个第二孔的横截面积设定成大于所述带环的所述横截面积，使得所述带环能穿过所述第二孔而不接触金属块；在第二组金属长方体中穿过其深度形成第二孔图案，其中所述第二孔图案包括沿着所述第二组中的每个金属长方体的长度交替的多个所述第一孔和所述第二孔，其中当第一组和第二组铣削好的长方体围绕所述壳体成角度布置时，所述第一组的第一孔与所述第二组的第二孔对齐，所述第一组的第二孔与所述第二组的第一孔对齐；以及将每个金属长方体纵向切割成两个细长段以提供包括内叶片段和相应外叶片段的叶片，所述切割穿过所述第一孔和第二孔以在所述内叶片段和所述外叶片段中的至少一个的纵向表面上限定凹槽图案，其中所述多个叶片围绕所述壳体布置，使得：所述第一组的所述叶片与所述第二组的所述叶片交替，所述第一孔和所述第二孔对于每个交替的叶片段成角度地对齐，所述第一组的所述第一孔与所述第二组的所述第二孔成角度地对齐，并且所述第一组的所述第二孔与所述第
二组的所述第一孔成角度地对齐。因此，该方法可用于高效且成本有效地制造阳极，因为内外叶片段和外叶片段由同一块体形成，并因此具有用于提供相应的第一孔和第二孔的匹配轮廓。此外，由于内叶片段一体成型，且外叶片段一体成型，因此沿着阳极的叶片段产生连续平滑的轮廓，从而为rf电流提供更平滑的路径，以进一步提高含有本文所述阳极的磁控管的性能。
30.该方法还可包括将所述带环布置在相应的第一孔中的内叶片段与外叶片段之间，用于电连接交替的叶片。
31.该方法还可包括在内叶片段与外叶片段之间提供间隙。内叶片段和外叶片段可以布置成使得它们彼此不直接接触。内叶片段与外叶片段之间的电连接和/或机械连接可以通过内叶片段和外叶片段均与相应环形带环之间的直接接触来提供。例如，每个相应的内叶片段和外叶片段均可以与每个交替的环形带环直接接触。
32.该方法还可以包括将每个外叶片段与其相应的内叶片段电连接。所述电连接可以使用至少一个突片来完成，所述至少一个突片布置成均与内叶片段和外叶片段接触(由此桥接内叶片段与外叶片段之间的间隙)。至少一个突片可以基本上布置在叶片的纵向端部处。突片可以在相应的内叶片段和外叶片段之间提供电连接和/或机械连接。例如，每个相应的叶片段可以彼此不直接物理接触并且可以布置成在它们之间具有间隙。至少一个突片可以布置成与内叶片段和其相应的外叶片段均物理接触，以便在相应的内叶片段和外叶片段之间提供机械和/或物理连接。在至少一些示例中，相应的内叶片段和外叶片节段可以在它们的每个纵向端部处设置有将叶片段连接在一起的突片(使得每个外叶片段通过至少两个突片连接到其相应的外叶片段)。突片可以有利地以低成本有效地电连接内叶片段和外叶片段。
33.提供所述壳体可包括提供金属圆筒并且在所述圆筒的内壁中以角度间隔形成偶数个细长凹槽，用于安置所述外叶片段。提供所述壳体可以包括提供金属圆柱体和对所述圆柱体的内壁进行平滑处理。该方法还可包括将所布置的带环和叶片钎焊在一起。该方法还可包括将所述叶片钎焊至所述壳体的所述内壁。
34.在本技术的范围内，明确意在前面段落、权利要求和/或以下描述和附图中陈述的各个方面、实施例、示例和替代方案，特别是其各个特征,可以单独使用，也可以任意组合使用。即，所有实施例和/或任何实施例的特征可以以任何方式和/或组合进行组合，除非这些特征不兼容。
附图说明
35.本发明的一个或多个实施例在附图中仅以示例的方式示意性地示出，其中：
[0036]-图1a是本文所设想类型的磁控管的示意图；
[0037]-图1b是通过图1a中所示的磁控管截取的横截面的示意图；
[0038]-图2是根据本公开的第一示例的阳极的立体图和分解图；
[0039]-图3a是根据本公开的第一示例的磁控管的示意图；
[0040]-图3b是通过图3a中所示的磁控管截取的横截面a-a’的示意图；
[0041]-图3c是通过图3a中所示的磁控管截取的横截面b-b’的示意图；
[0042]-图4是根据本公开的第一示例的方法的流程图；
[0043]-图5a是根据本公开的第一示例的组装阳极的示意图；以及
[0044]-图5b是根据本公开的第一示例的组装好的阳极的示意图；
[0045]
在整个描述和附图中，相同的附图标记指代相同的部件。
具体实施方式
[0046]
在描述本发明的具体示例之前，应当理解，本公开不限于本文所描述的具体实施例。还应理解，本文所使用的术语仅用于描述具体示例，并不旨在限制权利要求的范围。
[0047]
图1a和1b是本文中所设想类型的示例磁控管100的示意图。图1a示出了穿过磁控管100的纵向剖切面，而图1b示出了在图1a所示的平面a-a处截取的穿过磁控管100的横截面。
[0048]
磁控管100包括阳极101和阴极102。图1a和1b中所示的示例阳极101包括大致圆筒形的阳极壁103(也称为壳体)和从阳极壁103向内延伸的多个阳极叶片104。壳体103限定了纵向轴线(图1a中从左到右和图1b中的页面向外)，壳体绕该纵向轴线环绕。如下文将进一步详细描述的，阳极叶片可包括第一组阳极叶片104a和第二组阳极叶片104b。
[0049]
阴极102至少部分地位于阳极101内部并且相对于包括阳极叶片104的阳极101保持就位。阴极102由支撑臂105支撑并相对于阳极102保持就位。支撑臂105通过支撑结构106在远离阴极102的端部处固定就位，以形成支撑阴极102的悬臂。
[0050]
阴极102和至少阳极101的内部部分(例如阳极壁103内部的容积)位于真空封套110内部。与其他真空电子装置类似，为了产生rf能量，该真空封套110内的容积被抽至真空压力条件。
[0051]
除了支撑阴极102并将阴极102相对于阳极101保持就位之外，支撑臂还可以提供到阴极102和加热器131的电连接，加热器131通常包含在阴极102中。在所描绘的示例中，可以通过支撑臂105(例如，形成支撑臂105的外壳)建立到阴极102的电连接。支撑臂105可以电连接到支撑结构106。支撑结构106包括电耦合到支撑臂105的导电材料(例如铜)并且可以用作用于建立到阴极102的电连接的连接端子。在所描绘的示例中，支撑臂105还包括在加热器131和连接端子108之间延伸的电连接107(其可以沿着支撑臂105在内部延伸，如图1a所示)。例如，加热器131可以包括灯丝并且可以构造成加热阴极102(例如，以促进阴极102的电极热离子发射)。连接端子108通过电绝缘构件132与支撑臂105的外壳和支撑结构106电绝缘。
[0052]
连接端子108和/或支撑结构106可以被布置用于连接到电源(未示出)，例如dc电源(其可以例如包括脉冲dc电源)，以便提供电源与阴极102和/或加热器131之间的电连接。实践中，阴极102可以保持在几千伏的电压(相对于阳极101)。例如，支撑结构106可以电连接到外部电源(未示出)以在阴极102和阳极101之间建立电压(通过支撑结构106和支撑臂105)。
[0053]
加热器131可以包括电阻元件，电流通过该电阻元件以产生电阻加热。在这种示例中，加热器131可以包括加热电流在其之间流动的两个电端子。第一端子可以是连接端子108，以及第二端子可以是加热器131和阴极102之间的连接(连接未示出)。连接端子108可以保持在相对于阴极102的电位差(例如，几伏)以促进加热器电流流过加热器131。
[0054]
支撑臂105沿着磁控管的部分109延伸，该部分可被称为侧臂109。在所描绘的示例
中，侧臂109形成真空封套110的一部分并且因此侧臂109的内部容积可以被抽至真空压力条件。在所描绘的示例中，侧臂109的外部结构由支撑结构106和在支撑结构106与阳极101之间延伸的外壳111限定。外壳111可以由诸如陶瓷的电绝缘或介电材料形成。
[0055]
侧臂109可以起到在阳极101与连接端子108和大致位于侧臂109的远离阴极102和阳极101的端部处的支撑结构106之间提供释抑(hold-off)距离的作用。由于支撑结构106可以用于在阳极101和阴极102之间建立电压差，在支撑结构106与阳极101和/或磁控管的其他部件之间可以有相对高的电压。例如，在工作期间，阳极101可以电接地并且阴极102可以借助支撑结构106保持在高电压。例如，可以在阴极102和阳极101之间提供几千伏的电压差(例如，3kv或更大的电压差)。由于使用相对高的电压，磁控管的部件可以布置成降低部件之间出现电击穿和电弧的风险。
[0056]
空气中的电压释抑要求通常比真空压力条件下的要求严格得多(例如，大约为八倍)。例如阳极101与支撑结构106之间通过空气的合适的电压释抑可以通过外壳111(其可以包括介电材料)的设计来实现。例如，外壳111的形状和长度可以设计成降低粒子沿着外壳111跟踪的风险(这可能导致支撑结构106和阳极101之间的电击穿)。例如，可以提供复杂的外壳111形状，其可用于减小侧臂109的长度同时保持合适的电压释抑。然而，这些可能是复杂和/或昂贵的，并且可以使用简单的圆筒形(或其他简单形状)外壳111。通常，对于给定形状的外壳111，为了在支撑结构106和阳极101之间提供足够的电压释抑，可能有最小所需长度的侧臂109。
[0057]
磁控管100还包括输出端115，该输出端用于将磁控管100工作期间产生的rf能量耦合到磁控管100之外。输出端115可以包括用于将磁控管100耦合到磁控管100外部(例如粒子加速器)的一个或多个部件(未示出)的任何合适的结构，用于向一个或多个外部部件提供rf能量。虽然图中未示出，但磁控管100还可包括输出窗口，通过该输出窗口输出产生的rf能量，同时将真空封套110与外部环境隔离。
[0058]
如上所述，在磁控管100工作期间，可以在阳极101和阴极102之间施加电压(其可以是例如几千伏的高电压)。在本文中设想的具体示例中，阳极101可以电接地并且阴极102可以相对于接地阳极101保持在高电压。
[0059]
阴极102构造成发射电子，例如(但不一定)，通过热离子发射，电子由于在阴极102和阳极101之间保持的电压而被拉向阳极。如上所述，可以加热阴极102以促进电子从阴极102热离子发射。阴极102的发射特性可以由阴极102的发射表面的温度和材料特性驱动。
[0060]
如图1b所示，阳极101包括在其之间限定偶数个腔体112的多个阳极叶片104。虽然图中未示出，但磁控管100受到基本上平行于磁控管轴线(图1a中从左到右以及图1b中的页面向外)运行的磁场影响。磁控管轴线可以与外壳103的纵向轴线重合。磁场可以由一个或多个永磁体和/或电磁体的任何合适的布置产生。
[0061]
从阴极102发射的电子云受到在阳极101和阴极102之间建立的电场(由于它们之间的电压)和在磁控管中建立的磁场两者影响。这些场的组合效应会引起电子围绕阳极101和阴极102之间的相互作用区域旋转。经过腔112的电子云旋转感生用于激发腔112的谐振模式的rf电磁场。通过感生rf场，电子云可以基于电子的角速度激发腔谐振器的谐振模式。这又可能导致电子由于阳极101处的rf场而加速或减速，这取决于相对相位。当电子移动穿过叶片104时，可产生正反馈效应，由此谐振模式的能量增加。在实践中，这可能会使电子云
变形，从而经受辐条轮效应(或空间电荷轮)。
[0062]
电子云和阳极101之间的相互作用可以通过阳极101支持的任何谐振模式发生。实际上，在磁控管中产生有用rf功率的最有效模式称为π模式，在π模式下，阳极101的每个腔112中的振荡与每个紧邻的腔112中的振荡基本上异相180
°
(π弧度)。也就是说，在π模式下，磁控管中的每个交替腔112彼此基本同相振荡。
[0063]
在某些磁控管中，π模式频率与其他谐振模式的频率之间的间隔太小而不能保证磁控管的稳定工作。为了将π模式频率与其他谐振模式分开，可以使用称为阳极绑带的技术。在图1a和1b所示的磁控管中，阳极包括围绕阳极101并在阳极叶片104之间延伸的多个阳极条带/带环113。例如，从图1b可以看出，每个阳极条带113与每个交替阳极叶片104电接触并穿过每隔一个阳极叶片104中适当布置的孔114。例如，在图1b所示的横截面中，阳极条带113穿过位于第一组阳极叶片104a中的孔114并与第二组阳极叶片104b中的每一个电接触。从图1a中可以看出，其他阳极条带103被布置成与第一组阳极叶片104a中的每一个电接触并且穿过位于第二组阳极叶片104b中的孔114。叶片104因此支撑阳极条带/带环113，使得每个叶片耦合交替的条带113并且每个条带耦合交替的叶片。通过电连接交替的阳极叶片104，π模式频率可以与其他谐振模式的频率分开。
[0064]
发明人已经意识到现有技术的磁控管中的许多问题，特别是包括具有分布式绑带的叶片的现有技术的磁控管，该叶片包括布置成暴露在阳极叶片任一端的条带。这样的阳极可以通过组装由一个带环形成的一系列盘以形成叶片形成，该带环具有从其形成的突起。然后可以沿纵向方向上将盘堆叠在一起以形成分布式带状阳极。
[0065]
然而，发明人已经意识到，一旦阳极组装好了，以这种方式制造阳极会导致两个条带暴露在叶片的端部，从而有不稳定磁控管工作的风险。此外，以现有技术的方式通过堆叠盘来形成阳极会导致制造成本高昂，因为必须以非常精确的尺寸生产各个盘，以便精确地装配在一起以产生期望的效果。此外，在组装阳极期间，在堆叠在一起的不同盘之间沿着叶片提供间隙。发明人已经意识到，当阳极被钎焊在一起时，间隙之间的钎焊材料会导致沿着叶片，特别是沿着面向阴极的纵向方向的rf场损失，从而降低功率输出，特别是对于高能磁控管。
[0066]
图2示出了根据本公开的第一示例的用于磁控管的阳极200的立体图和分解图。阳极200可以在如根据图1a和图1b所述的磁控管100中通过代替其阳极101来实施。图3a示出了图2的阳极200连同阴极102'的示意图，而图3b和图3c示出了分别沿3a的线a-a’和b-b’截取的示意性剖视图。阴极102'可以是根据图1a和1b所述的阴极102。
[0067]
阳极200包括圆筒形壳体210、多个叶片220a、220b和多个带环230a、230b。此处所用的“圆筒形”应理解为表示大致/基本上圆筒形。壳体210包括可以布置阴极102'的中心孔，如图3a所示，并且限定了纵向轴线(在图2中从上到下，在图3a中从左到右)。壳体210可以是根据图1a和1b所述的阳极壁103，且带环230a、230b可以基本上是如根据图1a和1b所述的条带113。
[0068]
叶片设置为第一组叶片220a和第二组叶片220b，其中每一个布置成从壳体210向内延伸并且围绕壳体210以角度间隔延伸。“角度间隔”可以理解为意思是在每个叶片与其相邻叶片之间提供方位角间距。如图2所示，第一组叶片220a与第二组叶片220b成角度地交替。由每个叶片220a、220b之间的间隔引起的角间距限定了在壳体210周围的偶数个谐振
腔。带环230a、230b以纵向间隔布置并与壳体210的纵向轴线同心地布置，并且穿过叶片220a、220b，以便如下电连接交替布置的叶片。
[0069]
每个第一叶片220a设置成连接在一起的内叶片段221a和外叶片段222a的两段。同样地，每个第二叶片220b设置成连接在一起的内叶片段221b和外叶片段222b的两段。如图2所示，每个叶片段221a、222a、221b、222b基本上是细长的，具有沿壳体210的纵向方向延伸的长度以及具有沿径向向内延伸的宽度。每个叶片段221a、222a、221b、222b的长度对应于谐振腔的长度。每个内叶片段221a、221b沿着叶片的细长轴线面向其相应的外叶片段221b、222b，使得每个内叶片段221的纵向面面向其相应的外叶片段222的纵向面。
[0070]
如图3a所示，当布置在一起时，第一内叶片段221a和第一外叶片段222a形成相应的第一叶片220a，其包括多个带环230a、230b穿过的第一孔图案。第一孔图案包括沿着第一叶片220a的长度彼此交替的多个第一孔240和第二孔241。第一孔240的尺寸设计成具有与带环的横截面形状大致相同的横截面形状。这样，带环布置成穿过第一孔240并在它们穿过时接触相应的叶片。然而，第二孔241具有比穿过其中的带环的横截面形状更大的横截面形状，使得带环布置成穿过第二孔241而在它们穿过时不接触相应的叶片。在图3a的具体示例中，磁控管工作以产生频率在s波段(约2至4ghz)内的微波，并且第一孔240的直径可以在大约2.5mm至4mm范围内，而第二孔241的直径可以在大约5mm到10mm的范围内。在本公开的第一示例中，如图3a所示，第一孔240和第二孔241具有基本上方形的轮廓以匹配对应的带环230a、230b的方形轮廓。当然，可以理解，孔的形状和大小不限于上述，而是由穿过其中的相应带环的尺寸和磁控管的设计、频率范围和/或功率决定。
[0071]
每个第一叶片220a设置有相同的第一孔图案，使得第一叶片220a的第一孔240彼此成角度对齐，并且第一叶片220a的第二孔241彼此成角度对齐。这样，带环230a穿过第一叶片220a的成角度对齐的第一孔240以电连接第一叶片230a，而穿过第一叶片220a的成角度对齐的第二孔241的带环230b不电连接第一叶片230a。
[0072]
类似地，第二内叶片段221b和第二外叶片段222b形成相应的第二叶片220b，其包括多个带环230a、230b穿过的第二孔图案。第二孔图案还包括沿着第二叶片220b的长度彼此交替的第一孔240和第二孔241。每个第二叶片220b设置有相同的第二孔图案，使得第二叶片220a的第一孔240彼此成角度对齐，并且第二叶片220a的第二孔241彼此成角度对齐。因此，带环230b穿过第二叶片220b的成角度对齐的第一孔240以电连接第二叶片230b，而穿过第二叶片220b的成角度对齐的第二孔241的带环230a不电连接第二叶片230b。
[0073]
然而，第二孔图案与第一孔图案的不同之处在于，第二叶片220b的第一孔240与第一叶片220a的第二孔241成角度地对齐，并且第二叶片220b的第二孔241与第一叶片220a的第一孔240成角度对齐，如图3a所示。因此，可以认为带环设置成两组，包括彼此纵向交替的第一带环230a和第二带环230b，由此第一带环230a电连接第一叶片220a且第二带环230b电连接第二叶片220b。
[0074]
第一孔图案和第二孔图案由内叶片段221a、221b和外叶片段222a、222b的纵向面上的凹槽图案限定。更具体地，如图2所示，每个内叶片段221a、221b在其面向其相应外叶片段222a、222b的纵向面上包括凹槽图案。同样，每个外叶片段222a、222b在其面向其相应外叶片段221a、221a的纵向面上包括匹配的凹槽图案。当布置在一起以彼此面对时，如图3a所示，每个第一内叶片段221a和第一外叶片段222a一起形成包括第一孔图案的相应的第一叶
片220a，如第一内叶片段221a和第一外叶片段222a的相应纵向面内的凹槽图案所限定的。
[0075]
在本公开的第一示例中，凹槽图案在相应叶片段的纵向面上形成基本上呈齿形的轮廓。如图2所示，凹槽图案包括交替的凹槽251和突起，由此每个突起限定小于凹槽251的凹陷250。当每个内叶片段221a、221b面向其相应的外叶片段222a、222b时，凹陷250具有布置成形成第一孔240的轮廓，并且凹槽251具有布置成形成第二孔241的轮廓。在其他各示例中，凹槽图案不必包括突起中的凹陷250。例如，突起可包括用于接触带环的基本平坦的纵向表面。
[0076]
如图2和3a所示，每个内叶片段221a、221b上的凹槽图案与其外叶片段222a、222b上的凹槽图案对称，使得内叶片段或外叶片段在穿过孔240、241的轴线处结合。在本发明的第一示例中，凹陷250和凹槽251大致为如图3a所示的c形或u形，以分别提供第一孔240和第二孔241。
[0077]
然而，本公开不限于此，并且第一孔图案和第二孔图案可以由任何合适的凹槽图案限定。在本公开的某些示例中，内叶片段和外叶片段可以不具有对称的凹槽图案。例如，仅内叶片段或外叶片段中的一个可包括凹槽图案，而内叶片段或外叶片段中的另一个可具有基本平滑的轮廓，使得内叶片段或外叶片段中的一个上的凹槽图案当与内叶片段或外叶片段中的另一个一起布置时，足以形成第一孔和第二孔。
[0078]
在本公开的第一示例中，每个内叶片段221a、221b一体地形成并且包括与由凹槽图案限定的纵向面相对的另一个纵向面。另一个纵向面被布置成向内面向阴极102'。如图2和3a所示，每个内叶片段221a、221b的另一个纵向面沿着相应内叶片段的长度基本上是光滑且平坦的。
[0079]
在本公开的第一示例中，每个外叶片段222a、222b一体地形成并且包括与由凹槽图案限定的纵向面相对的另一个纵向面。另一个纵向面被布置为连接到壳体210。如图2和3a所示，每个外叶片段222a、222b的另一个纵向面沿着相应外叶片段的长度基本上是光滑且平坦的。这样做时，这可有助于更有效地将外叶片段222a、222b钎焊至壳体210。
[0080]
每个内叶片段221a、221b电连接到其相应的外叶片段222a、222b。在至少一些示例中，每个内叶片段221a、221b和外叶片段222a、222b可以布置成与相同的带环230a、230b直接接触。例如，在图3a中可以看出，形成第一叶片220a的内叶片段221a和外叶片段222a都可以与标记为230a的带环接触。形成第二叶片220b的内叶片段221b和外叶片段222b都可以与标记为230b的带环接触。因此，带环230在彼此不直接物理接触的相应内部和外部叶片节段之间提供机械和电连接。在本公开的第一示例中，连接使用多个突片260来完成，由此每个突片260设置在每个相应的叶片220a、220b的纵向端部处以将相应的内叶片段221a、221b和外叶片段222a,222b连接在一起。突片260可以是导电部件。例如，突片260可以是布置成提供内叶片段和外叶片段之间的电连接的金属部件，例如铜端。
[0081]
如在本公开的第一示例中那样将每个叶片设置成内叶片段221a、221b和外叶片段221b、222a、222b的两个细长段意味着带环被充分地支撑在内叶片段和外叶片段之间。这样做时，带环230a、230b穿过叶片220a、220b，从而被叶片包围并且仅暴露在各谐振腔中。与具有暴露在阳极叶片任一端的带环的现有技术的磁控管相比，这提高了磁控管的稳定性。
[0082]
此外，不仅带环230a、230b通过布置在相应的内叶片段和外叶片段之间而由相应的各叶片220a、220b充分且稳定地支撑，阳极200在条带230a、230b的设计和相对于叶片
220a、220b的布置上具有更大的灵活性。这意味着与现有技术的磁控管相比，通过合适的条带设计可以更容易地满足模式分离和rf场分布的折衷。
[0083]
此外，阳极200有利于进一步提高磁控管性能。这是因为面向阴极的内叶片段221a、221b提供了实心且连续的轮廓。通过提供这样的连续轮廓，没有沿叶片提供间隙，从而与现有技术相比导致更低的rf损耗和更平滑的rf场分布。因此，这种没有任何间隙的连续轮廓可以增加功率输出。
[0084]
图4示出了磁控管阳极的制作方法第一实施例的流程图，并可以用于制作本公开第一实例的阳极。
[0085]
该方法包括提供大体圆筒形体、多个叶片和多个带环的步骤，它们中的每一个可以基本上是如根据本公开的第一实例所述的壳体210、叶片220a、220b和带环230a、230b。具体地，第一叶片设置为成对的内叶片段和外叶片段，以及第二叶片设置为成对的内叶片段和外叶片段。在步骤310中，叶片围绕壳体以角度间隔组装，其中第一叶片与第二叶片交替，由此每个叶片与其相邻叶片之间的角间距用于提供腔谐振器。在步骤320中，带环以纵向间隔并围绕壳体的纵向轴线同心地布置，使得第一带环电连接第一叶片，并且第二带环电连接第二叶片。每个内叶片段连接到其相应的外叶片段。在该方法的第一示例中，使用多个突片将相应叶片段连接在一起。突片可以基本上设置为上文根据于本公开的第一示例所述的突片260。
[0086]
更具体地，如图2所示，每个叶片可设置为其各自的内叶片段221a、221b和外叶片段222a、222b。在该方法的第一示例中，制造叶片，但应理解，在本公开的其它示例中，也可提供现成的叶片。在本公开的第一示例中，如下制造叶片。
[0087]
首先，提供用于形成多个叶片的多个金属长方体。每个长方体可以例如通过切割成形成具有对应于所得叶片的期望长度和宽度的长度和宽度。然后将多个长方体分成两半以提供第一组长方体和第二组长方体，每组长方体具有相同数量的长方体。
[0088]
在该方法的第一示例中，穿过第一组长方体的深度形成第一孔图案。可以使用任何合适的成孔工具来形成穿过长方体的孔，例如通过铣削。第一孔图案对应于包括根据本公开的第一示例所述的第一孔240和第二孔241的布置的第一孔图案，由此第一孔240和第二孔241沿着叶片的长度交替。接着，具有第一孔图案的第一长方体被纵向切割穿过第一孔图案，以形成内叶片段221a及其相应的外叶片段222a。可以使用任何合适的切割工具。在该方法的第一示例中，第一长方体穿过第一孔图案的中间被切割，从而提供具有对称凹槽图案的内叶片段221a和外叶片段222a。当然，在本公开的其他实施例中，内叶片段和外叶片段不具有对称的凹槽图案，切割可以根据需要确定，例如从第一孔图案的一侧经过，从而限定了在内叶片段或者外叶片段的纵向面上的凹槽图案，而不是在内叶片段和外叶片段两者的纵向面上的凹槽图案。
[0089]
类似地，穿过第二组长方体的深度形成第二孔图案。第二孔图案对应于包括根据本公开的第一示例所述的第一孔240和第二孔241的布置的第二孔图案，由此第一孔240和第二孔241沿着叶片的长度交替，其中第二叶片220b的第一孔240与第一叶片220a的第二孔241成角度对齐，并且第一叶片220a的第一孔240与第二叶片220b的第二孔241成角度对齐。接着，现包括第二孔图案的第二长方体被纵向切割穿过第二孔图案，以形成内叶片段221b及其相应的外叶片段222b。
[0090]
以这种方式形成各叶片220a、220b既有效又成本低，尤其是与形成齿形轮廓和由多个段形成叶片的现有技术制造方法相比时。具体地，根据该方法的第一示例的叶片有利地一体地形成，由此每个内叶片段由与其相应的外叶片段相同的长方体块形成，从而通过消除复杂的切割和成形来简化制造过程。然而，叶片可以通过任何其他合适的方法形成，例如通过增材制造技术。
[0091]
在本文中已经描述了示例，其中相应的内叶片段221a、221b和外叶片段222a、222b由相同材料形成。然而，在某些示例中，相应的内叶片段221a、221b和外叶片段222a222b可由不同材料形成。
[0092]
出于说明的目的，图5a和图5b示出了内叶片段221a、221b与相应的外叶片段222a、222b一起围绕穿过其间的相应带环230a、230b布置。此外，突片260布置在每个叶片220a、220b的纵向端部处，用于将相应的内叶片段和外叶片段彼此连接。从图5b中可以看出，内叶片段221a、221b和外叶片段222a、222b彼此不直接接触以在它们之间提供间隙，其中，突片260将内叶片段221a、221b和外叶片段222a、222b电连接在一起。如上文所解释的，相应的内叶片段221a、221b和外叶片段222a、222b之间的进一步电连接和机械连接可以通过它们与相同的带环230的接触来提供。
[0093]
在该方法的第一示例中，该方法还包括在壳体210的内壁上形成多个凹槽(未示出)，由此每个凹槽的宽度对应于每个外叶片段222a，222b的宽度。每个凹槽的长度可以对应于或可以大于每个外叶片段222a、222b的长度，以允许外叶片段222a、222b在组装期间滑入凹槽中。壳体210的内壁上的凹槽以与叶片220a、220b的布置相对应的角度间隔布置。可以使用任何合适的凹槽形成工具。在这样做时，凹槽布置成安置外叶片段222a、222b。在壳体210的内壁中设置凹槽可用于指示外叶片段222a、222b应布置在何处。
[0094]
然而，本公开不限于此，并且在本公开的其他示例中，壳体210不包括限定在其内壁上的凹槽，并且在壳体210的内壁没有凹槽的情况下，外叶片段222a、222b可以邻接于壳体210的内壁。这之所以可行是因为外叶片段222a、222b包括另一个纵向表面，该纵向表面进行平滑处理以基本上平坦，用于钎焊到壳体210的内壁上，即使其上没有凹槽。
[0095]
在该方法的第一示例中，使用夹具来将带环与外叶片段组装在一起。更具体地，第一带环230a布置在形成在第一外叶片段222a的凹槽图案中的凹陷250中并且与形成在第二外叶片段222b的凹槽图案中的凹槽251分开。第二带环230b布置在形成在第二外叶片段222b的凹槽图案中的凹陷250中并且与形成在第一外叶片段222a的凹槽图案中的凹槽251分开。使用夹具可以有效地放置部件。
[0096]
接下来，将壳体210与外叶片段222a、222b和条带230a、230b组装在一起。然后将内叶片段221a、221b与相应的外叶片段222a、222b布置在一起并且将突片260添加到叶片220a、220b的纵向端部以将它们电连接。现在阳极200的组成部件组装在一起了，组装好的阳极200在合适的温度下钎焊，以将内叶片段221a、221b、相应的外叶片段222a、222b、带环230a、230b、壳体120和突片260焊接在一起。这为制造阳极提供了一种低成本且有效的方法。然而，本公开不限于此，并且应当理解可以使用任何合适的方法来组装阳极。
[0097]
然后可以将阳极200组装在磁控管中。例如，阳极200可以组装成替代磁控管100中的阳极101。
[0098]
本文提供了一种用于磁控管的阳极(200)，该阳极包括：限定纵向轴线的圆筒形壳
体(210)，壳体的中心用于容纳磁控管的阴极(102')；多个叶片(220a、220b)，其围绕壳体以角度间隔布置，其中每个叶片与其相邻叶片之间的角间距构造成提供磁控管的腔体谐振器，其中每个叶片具有从壳体朝向壳体的中心径向向内延伸的宽度；并且具有平行于壳体的纵向轴线纵向连续延伸的长度；以及多个环形带环(230a、230b)，其用于设置腔体谐振器的谐振模式频谱，其中带环以纵向间隔并且与壳体的纵向轴线同心地布置，其中每个叶片包括布置成面向阴极的内叶片段(221a、221b)和连接到内叶片段并介于内叶片段和壳体之间的相应的外叶片段(222a、222b)，并且其中多个叶片构造成在相应的内叶片段和外叶片段之间支撑多个带环，使得每个叶片耦合交替的带环并且每个带环耦合交替的叶片。
[0099]
设想了所描述的实施例的变化。例如，本说明书(包括任何随附的权利要求书、摘要和附图)中公开的所有特征和/或因此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合进行组合，除非组合中至少有一些这些特征和/或步骤是相互排斥的。
[0100]
本文中提到的射频可以被认为是指在大约30hz和300ghz之间的任何频率。射频明确旨在包括微波频率。本文中提到的微波频率可被认为是指在约300mhz和300ghz之间的任何频率。
[0101]
本文所设想的磁控管的示例可用于产生频率在s波段(约2至4ghz)、c波段(约4至8ghz)和/或x波段(约8至12ghz)中的微波。在某些示例中，磁控管可用于产生频率大于约3ghz的微波。磁控管可用于产生频率小于约12ghz的微波。
[0102]
本文提供的所有范围和值(例如功率和/或频率的值和/或范围)仅用于说明目的，不应被解释为具有任何限制作用。
[0103]
结合本发明的特定方面、实施例或示例所描述的特征、整数或特性应理解为适用于本文所述的任何其他方面、实施例或示例，除非与其不兼容。在本技术文件中公开的所有特征(包括任何所附权利要求书、摘要和附图)和/或因此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合进行组合，除了其中至少一些这样的特征和/或步骤是互斥的组合以外。本发明不限于任何前述实施例的细节。本发明扩展到本技术文件所公开的特征的任何新颖的一个或任何新颖的组合(包括任何所附权利要求书、摘要和附图)，或扩展到这里公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。