一種內(nèi)置收集極的相對論速調(diào)管放大器輸出腔的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種內(nèi)置收集極的相對論速調(diào)管放大器輸出腔，輸出腔鼻錐從輸入方向朝向收集極連接處外徑逐漸變大，收集極從與輸出腔鼻錐連接處朝向收集極主體方向內(nèi)徑逐漸變大，在支撐桿與輸出腔端蓋之間的輸出腔外筒內(nèi)壁上設(shè)置有凸臺，且三根支撐桿在輸出腔外筒內(nèi)同一圓周截面上均勻分布；本實用新型在不降低輸出腔內(nèi)電場角向均勻性的情況下降低輸出腔Q值，從而降低輸出腔中的電場強度，減少回流電子，降低回流電子對相對論速調(diào)管放大器工作穩(wěn)定性的不利影響；降低電子束轟擊收集極內(nèi)表面的功率密度，減小二次電子和其他雜質(zhì)的產(chǎn)生；進一步防止二次電子和其他雜質(zhì)逸出收集極，從而提高RKA長脈沖重頻運行的能力。
【專利說明】一種內(nèi)置收集極的相對論速調(diào)管放大器輸出腔

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及微波電子學(xué)領(lǐng)域，具體涉及到一種內(nèi)置收集極的相對論速調(diào)管放大器輸出腔。

【背景技術(shù)】
[0002]相對論速調(diào)管放大器(RKA)是最具潛力的高功率微波產(chǎn)生器件之一，它通過電子束與高頻場的相互作用將電子束的能量轉(zhuǎn)換為微波能量。在RKA中，電子束的群聚和微波提取過程在不同區(qū)域完成，每種功能可以獨立調(diào)試到最佳，因此具有高功率高效率等優(yōu)點。其中，提高相對論速調(diào)管放大器長脈沖重頻運行的穩(wěn)定性是研究的重點之一。
[0003]目前，在傳統(tǒng)的內(nèi)置收集極的圓柱輸出腔中，受輸出腔結(jié)構(gòu)限制，電子束在經(jīng)過輸出腔間隙后會直接轟擊到收集極上，其較高功率密度導(dǎo)致收集極產(chǎn)生二次電子和其他雜質(zhì)，二次電子和雜質(zhì)逸出到輸出腔間隙后會引起振蕩、效率降低，影響RKA長脈沖重頻運行的穩(wěn)定性。
[0004]在輸出腔方面影響相對論速調(diào)管放大器長脈沖重頻運行穩(wěn)定性的因素主要有兩個:一是輸出腔Q值較大，使得電子束在輸出腔間隙激勵起來的電場強度較高，引起部分電子回流(速調(diào)管放大器中要避免電子回流)，回流電子會影響輸出腔前其他腔的正常工作，降低微波輸出的穩(wěn)定性；二是受輸出腔結(jié)構(gòu)限制，電子束在經(jīng)過輸出腔間隙后會直接轟擊到收集極上，其較高功率密度導(dǎo)致收集極產(chǎn)生二次電子和其他雜質(zhì)，二次電子和雜質(zhì)逸出到輸出腔間隙后會引起振蕩、效率降低，影響相對論速調(diào)管放大器長脈沖重頻運行的穩(wěn)定性。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的是通過改進相對論速調(diào)管放大器輸出腔和收集極結(jié)構(gòu)，提高相對論速調(diào)管放大器的長脈沖重頻運行的穩(wěn)定性；
[0006]進一步的是降低輸出腔Q值，減小回流電子對RKA長脈沖重頻運行的影響；
[0007]進一步的降低電子束轟擊收集極產(chǎn)生的二次電子對RKA長脈沖重頻運行的影響。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案:一種內(nèi)置收集極的相對論速調(diào)管放大器輸出腔，包括漂移管、輸出腔端蓋、輸出腔外筒、輸出腔鼻錐、支撐桿和收集極；所述漂移管與輸出腔端蓋連接，輸出腔外筒左端與輸出腔端蓋相連，所述輸出腔鼻錐和收集極相連并通過支撐桿固定于輸出腔外筒內(nèi)；所述輸出腔鼻錐從輸入方向朝向收集極連接處外徑逐漸變大，所述收集極從與輸出腔鼻錐連接處朝向收集極主體方向內(nèi)徑逐漸變大。
[0009]在上述技術(shù)方案中，為所述輸出腔外筒內(nèi)壁設(shè)置有圓周對稱的凸臺。
[0010]在上述技術(shù)方案中，所述凸臺設(shè)置在支撐桿與輸出腔端蓋之間的輸出腔外筒內(nèi)壁上。
[0011]在上述技術(shù)方案中，所述收集極與輸出腔外筒之間設(shè)置有三根支撐桿。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述三根支撐桿在輸出腔外筒內(nèi)同一圓周截面上均勻分布。
[0013]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是:
[0014]一是在輸出腔外筒加入了一個凸臺結(jié)構(gòu)并減少支撐桿數(shù)目后，可以在不降低輸出腔內(nèi)電場角向均勻性的情況下降低輸出腔Q值，從而降低輸出腔中的電場強度，減少回流電子，降低回流電子對相對論速調(diào)管放大器工作穩(wěn)定性的不利影響；
[0015]二是把收集極擴大后，可以降低電子束轟擊收集極內(nèi)表面的功率密度，減小二次電子和其他雜質(zhì)的產(chǎn)生；
[0016]三是喇叭口形的收集極入口可以進一步防止二次電子和其他雜質(zhì)逸出收集極，從而提聞RKA長脈沖重頻運彳丁的能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]本實用新型將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0018]圖1是傳統(tǒng)的內(nèi)置收集極的輸出腔的結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0019]圖2是圖1的A-A視圖；
[0020]圖3是本實用新型的內(nèi)置收集極輸出腔的結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0021]圖4是圖2的A-A視圖；
[0022]其中:I是漂移管，2是輸出腔端蓋，3是輸出腔外筒，4是輸出腔鼻錐，5是支撐桿，6是收集極，7是電子束。

【具體實施方式】
[0023]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0024]如圖1和圖2所示，傳統(tǒng)的相對論速調(diào)管放大器輸出腔包括漂移管1、輸出腔端蓋
2、輸出腔外筒3、輸出腔鼻錐4、支撐桿5和收集極6 ;漂移管I的一端外接相對論速調(diào)管放大器的群聚段，另一端與輸出腔端蓋2連接，輸出腔端蓋2的另一端連接輸出腔外筒3，輸出腔外筒3的另一端連接負(fù)載；輸出腔鼻錐4和收集極6相連并通過支撐桿5固定于輸出腔外筒3內(nèi)，支撐桿5是由沿圓周方向均勻分布的多個支撐組成，支撐內(nèi)半徑與收集極6外半徑相同，支撐桿5內(nèi)端與收集極6連接,外端與輸出腔外筒3連接。
[0025]相對論速調(diào)管放大器輸出腔的工作原理為:已經(jīng)群聚的環(huán)形電子束7從漂移管I進入，在外加磁場的作用下沿軸向移動，在電子束進入輸出腔端蓋2和輸出腔鼻錐4之間的間隙時，在輸出腔(指輸出腔端蓋2、輸出腔外筒3、輸出腔鼻錐4、支撐桿5之間的區(qū)域)中激勵起高頻場，高頻場的能量從支撐桿5的多個支撐之間傳輸?shù)捷敵銮煌馔?與收集極6形成的同軸線，進而輸出到后端的負(fù)載，從而完成微波提取過程。電子束在穿過輸出腔間隙(輸出腔端蓋2與支撐桿5之間的區(qū)域)后繼續(xù)移動，由于外加磁場在收集極區(qū)域迅速降低，在空間電荷力的作用下，電子束開始擴散，環(huán)形電子束外邊緣電子較內(nèi)邊緣電子擴散快，電子束橫截面接擴大，以較低功率密度轟擊收集極6內(nèi)表面，電子束剩余的能量轉(zhuǎn)化為熱能。
[0026]本實用新型針對現(xiàn)有的相對論速調(diào)管放大器輸出腔進行結(jié)構(gòu)上的改進以達到相應(yīng)的目的，具體實施如下。
[0027]措施一:為了降低輸出腔Q值，減小回流電子對RKA長脈沖重頻運行的影響，需要在不引起輸出腔電場角向均勻性變差的情況下減少支撐桿的數(shù)目。
[0028]在輸出腔端蓋2與支撐桿5之間的輸出腔外筒3上設(shè)置有凸臺，如圖3所示，同時減少支撐桿5的數(shù)量，將傳統(tǒng)的六根支撐桿5如圖2所示改成本實用新型的三根支撐桿5如圖4所示，支撐桿5在輸出腔外筒3的截面同一平面上均勻分布。
[0029]支撐桿5數(shù)目減少，可以有效降低輸出腔的Q值；加入的凸臺是角向均勻的，作為輸出腔高頻場的一個反射點，可以在支撐桿數(shù)目減少的情況下保證輸出腔中電場的角向均勻性。較低的Q值可以降低輸出腔中的電場強度，減少回流電子，提高相對論速調(diào)管放大器的工作穩(wěn)定性。
[0030]措施二:為了降低電子束轟擊收集極產(chǎn)生的二次電子對RKA長脈沖重頻運行的影響，一方面需要減小二次電子和其他雜質(zhì)的產(chǎn)生，另一方面需要防止二次電子和其他雜質(zhì)逸出收集極并進入到輸出腔間隙。
[0031]如圖3所示，將傳統(tǒng)的收集極6入口修改成喇叭口形，同時將輸出腔鼻錐4的外半徑設(shè)計成漸變形，從輸入方向到收集極方向，將輸出腔鼻錐4的外徑逐漸變大，同時將收集極6從與輸出腔鼻錐4連接處到輸出方向內(nèi)徑逐漸變大，并增加收集極6主體的長度。
[0032]由于外加磁場強度在收集極區(qū)域會迅速降低，把輸出腔鼻錐4外半徑和收集極6內(nèi)外半徑擴大后，可以使電子束在收集極處迅速擴散，降低電子束轟擊收集極內(nèi)表面的功率密度，從而減小二次電子和其他雜質(zhì)的產(chǎn)生；喇叭口形的收集極入口可以進一步防止二次電子和其他雜質(zhì)逸出收集極，提高RKA長脈沖重頻運行的穩(wěn)定性。
實施例
[0033]作為本實用新型的一個特例，考慮一個S波段RKA輸出腔和收集極。其中，漂移管內(nèi)外半徑分別為2.4cm、2.8cm,輸出腔外筒內(nèi)外半徑分別為4.8cm、5.2cm,凸臺左端距輸出腔端蓋1.5cm,左側(cè)直筒段內(nèi)半徑4.4cm,長0.5cm,右側(cè)漸變段長3.0cm ；;支撐桿內(nèi)外半徑分別為4.0cm、4.8cm,距輸出腔端蓋5.0cm,共有3個支撐,每個支撐寬0.5cm ;鼻錐總長
3.5cm,距輸出腔端蓋1.5cm,內(nèi)半徑2.4cm,左側(cè)直筒段外半徑3.0cm,長0.5cm,右側(cè)外半徑為4.0cm ;收集極外半徑4.0cm,左側(cè)漸變段內(nèi)半徑由2.4cm變?yōu)?.8cm,長4.0cm,中部直筒段長6.0cm,右側(cè)漸變段半徑由3.8cm變?yōu)?.6cm,長4.0cm。在實驗中，電子束從輸出腔左端進入輸出腔，在電子束脈寬200ns，內(nèi)外半徑分別為1.9 cm,2.1cm，束壓600kV，束流5kA，基波電流4kA的情況下，輸出微波功率700麗，重頻25Hz運行Is未出現(xiàn)輸出微波幅度降低和脈寬縮短的現(xiàn)象。
[0034]同樣條件下，傳統(tǒng)的內(nèi)置收集極的圓柱形輸出腔輸出功率700MW，在重頻1Hz運行Is時后4個輸出脈沖就已經(jīng)出現(xiàn)了微波幅度降低和脈寬縮短的現(xiàn)象?？梢姡瑪U大收集極尺寸并將收集極入口改為喇叭口形可以提高RKA長脈沖重頻運行的穩(wěn)定性。
[0035]本實用新型并不局限于前述的【具體實施方式】。本實用新型擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組入口 ο
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)置收集極的相對論速調(diào)管放大器輸出腔，包括漂移管、輸出腔端蓋、輸出腔外筒、輸出腔鼻錐、支撐桿和收集極；所述漂移管與輸出腔端蓋連接，輸出腔外筒左端與輸出腔端蓋相連，所述輸出腔鼻錐和收集極相連并通過支撐桿固定于輸出腔外筒內(nèi)；其特征為所述輸出腔鼻錐從輸入方向朝向收集極連接處外徑逐漸變大，所述收集極從與輸出腔鼻錐連接處朝向收集極主體方向內(nèi)徑逐漸變大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)置收集極的相對論速調(diào)管放大器輸出腔，其特征為所述輸出腔外筒內(nèi)壁設(shè)置有凸臺。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種內(nèi)置收集極的相對論速調(diào)管放大器輸出腔，其特征為所述凸臺設(shè)置在支撐桿與輸出腔端蓋之間的輸出腔外筒內(nèi)壁上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種內(nèi)置收集極的相對論速調(diào)管放大器輸出腔，其特征為所述凸臺為圓周對稱設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種內(nèi)置收集極的相對論速調(diào)管放大器輸出腔，其特征為所述收集極與輸出腔外筒之間設(shè)置有三根支撐桿。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種內(nèi)置收集極的相對論速調(diào)管放大器輸出腔，其特征為所述三根支撐桿在輸出腔外筒內(nèi)同一圓周截面上均勻分布。
【文檔編號】H01J25/10GK203839338SQ201420202353
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】許州, 陳昭福, 黃華, 胡進光, 何琥, 雷祿容, 戈弋, 袁歡 申請人:中國工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所