一種多級(jí)互作用系統(tǒng)螺旋線行波管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種真空電子器件，尤其涉及一種多級(jí)互作用系統(tǒng)螺旋線行波管。
【背景技術(shù)】
[0002]螺旋線行波管已成為雷達(dá)電子對抗，衛(wèi)星通信、導(dǎo)航、遙感等系統(tǒng)的重要功率放大器件；慢波系統(tǒng)作為行波管注-波互作用以激勵(lì)放大微波信號(hào)的部件，是行波管的核心部件，其性能直接決定行波管的特性和技術(shù)指標(biāo)；由于螺旋線色散特性平坦、帶寬和電子效率高的優(yōu)勢，目前廣泛應(yīng)用于行波管中。
[0003]參見圖1所示，為傳統(tǒng)的螺旋線行波管，其主要由電子槍I ’、輸入裝置2’、輸出裝置3’、磁聚焦系統(tǒng)4’、收集極5’、螺旋線慢波系統(tǒng)6’和管殼7’組成；電子槍I’焊接于管殼7’ 一端，所述電子槍I’產(chǎn)生直流電子注；由管殼7’靠近電子槍I’ 一端至遠(yuǎn)離電子槍I’ 一端的管殼V上依次設(shè)置有輸入裝置2’、磁聚焦系統(tǒng)4’和輸出裝置3’，輸入裝置2’用于激勵(lì)信號(hào)輸入，激勵(lì)信號(hào)功率通常為微瓦級(jí)，輸出裝置3’用于放大的電磁波信號(hào)輸出，放大后的信號(hào)功率通常為瓦級(jí)以上，磁聚焦系統(tǒng)4’用于維持電子注的形狀，保證電子注順利通過螺旋線慢波系統(tǒng)；管殼7’的另一端焊接有收集極5’，收集極5’用于收集極互作用后的失能電子注；管殼V內(nèi)夾持有螺旋線慢波系統(tǒng)6’，該螺旋線慢波系統(tǒng)6’包括輸入螺旋線61’、輸出螺旋線62’兩段，管殼V內(nèi)由靠近電子槍I’ 一端至遠(yuǎn)離電子槍I’ 一端分別夾持有輸入螺旋線6’和輸出螺旋線7’，在螺旋線慢波系統(tǒng)6’中電磁波與電子注互作用后電磁波信號(hào)由于吸收電子注能量而放大，通常螺旋線慢波系統(tǒng)6’中的螺旋線分為輸入螺旋線61’、輸出螺旋線62’兩段，參見圖2所示，61’為輸入螺旋線，62’為輸出螺旋線，輸入螺旋線61’螺距均勻分布，輸入螺旋線62’螺距成跳變、漸變、均勻段趨勢。
[0004]電子效率是衡量行波管性能的重要指標(biāo)，通常用行波管輸出功率與直流功耗指標(biāo)來計(jì)算，以Ku波段螺旋線行波管為例，目前其電子效率最高可以達(dá)到30%左右；由于空間應(yīng)用的特殊要求使得行波管不得不提高電子效率，以節(jié)省在空間的電源功耗；據(jù)報(bào)道，行波管電子效率提高一個(gè)百分點(diǎn)，整個(gè)空間載荷系統(tǒng)能耗將明顯下降，可以降低成本，經(jīng)濟(jì)效益高達(dá)幾千萬美元，因此提高行波管的電子效率就成為十分重要的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種多級(jí)互作用系統(tǒng)螺旋線行波管，其提高了螺旋線行波管的電子效率，充分利用行波管直流功率，降低應(yīng)用成本。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:一種多級(jí)互作用系統(tǒng)螺旋線行波管，它包括螺旋線行波管，該螺旋線行波管包括電子槍、第一級(jí)螺旋線慢波系統(tǒng)、第一級(jí)磁聚焦系統(tǒng)、第一級(jí)輸入裝置、第一級(jí)輸出裝置、收集極和管殼，該第一級(jí)螺旋線慢波系統(tǒng)包括第一級(jí)輸入螺旋線、第一級(jí)輸出螺旋線；
[0007]所述第一級(jí)輸出裝置和收集極之間的管殼上設(shè)置有至少一級(jí)互作用系統(tǒng)，每級(jí)互作用系統(tǒng)包括用于收集低能量電子的調(diào)節(jié)電極、磁聚焦系統(tǒng)、輸出裝置和一段慢波系統(tǒng)螺旋線；第一級(jí)輸出裝置后的管殼上依次設(shè)置有調(diào)節(jié)電極、磁聚焦系統(tǒng)和輸出裝置，對應(yīng)該級(jí)互作用系統(tǒng)的磁聚焦系統(tǒng)和輸出裝置位置的管殼內(nèi)夾持有一段慢波系統(tǒng)螺旋線，調(diào)節(jié)電極既具有電子能量篩選能力，又具有調(diào)節(jié)下一級(jí)互作用系統(tǒng)電子效率的作用，設(shè)置多級(jí)互作用系統(tǒng)，增加輸出裝置，使得輸出的總功率增加，充分利用了行波管直流功率。
[0008]所述第一級(jí)輸出裝置和收集極之間的管殼上設(shè)置有三級(jí)互作用系統(tǒng)，第一級(jí)輸出裝置至收集極之間的管殼上依次設(shè)置有第二級(jí)調(diào)節(jié)電極、第二級(jí)磁聚焦系統(tǒng)、第二級(jí)輸出裝置、第三級(jí)調(diào)節(jié)電極、第三級(jí)磁聚焦系統(tǒng)、第三級(jí)輸出裝置、第四級(jí)調(diào)節(jié)電極、第四級(jí)磁聚焦系統(tǒng)和第四級(jí)輸出裝置，對應(yīng)第二級(jí)互作用系統(tǒng)的第二級(jí)磁聚焦系統(tǒng)和第二級(jí)輸出裝置位置的管殼內(nèi)夾持有第二級(jí)慢波系統(tǒng)螺旋線，對應(yīng)第三級(jí)互作用系統(tǒng)的第三級(jí)磁聚焦系統(tǒng)和第三級(jí)輸出裝置位置的管殼內(nèi)夾持有第三級(jí)慢波系統(tǒng)螺旋線，對應(yīng)第四級(jí)互作用系統(tǒng)的第四級(jí)磁聚焦系統(tǒng)和第四級(jí)輸出裝置位置的管殼內(nèi)夾持有第四級(jí)慢波系統(tǒng)螺旋線，三個(gè)調(diào)節(jié)電極既具有電子能量篩選能力，又具有調(diào)節(jié)下一互作用系統(tǒng)電子效率的作用，這是由于分別調(diào)節(jié)三個(gè)調(diào)節(jié)電極電位可以使得數(shù)量不同的電子沉積在調(diào)節(jié)電極上，從而使得進(jìn)入下一級(jí)互作用系統(tǒng)的電子數(shù)量和能量不同，從而可以控制下一級(jí)互作用系統(tǒng)中電子注與電子能量交換的多少，控制電子效率。
[0009]所述第一級(jí)輸出螺旋線、第二級(jí)慢波系統(tǒng)螺旋線、第三級(jí)慢波系統(tǒng)螺旋線和第四級(jí)慢波系統(tǒng)螺旋線的螺距均為均勻段、漸變段、均勻段趨勢，且第二級(jí)慢波系統(tǒng)螺旋線起始端螺距小于第一級(jí)輸出螺旋線末端螺距，第三級(jí)慢波系統(tǒng)螺旋線起始端螺距小于第二級(jí)慢波系統(tǒng)螺旋線末端螺距，第四級(jí)慢波系統(tǒng)螺旋線起始端螺距小于第三級(jí)慢波系統(tǒng)螺旋線末端螺距，由于每一級(jí)互作用后電子注能量降低，為了在下一級(jí)電磁波和電子注繼續(xù)互作用，且為了保證電子注與電磁波相速度同步，這樣設(shè)計(jì)就是保證下一級(jí)中電磁波和電子注能夠再同步，再次互作用。
[0010]所述調(diào)節(jié)電極用于收集管殼內(nèi)前一級(jí)輸出端處電子總數(shù)5%的最低能量電子。
[0011]所述調(diào)節(jié)電極截面呈梭形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可保證收集管殼內(nèi)前一級(jí)輸出端處電子總數(shù)5%的最低能量電子。
[0012]所述每級(jí)互作用系統(tǒng)的慢波系統(tǒng)螺旋線長度由行波管的功率決定。
[0013]所述每級(jí)互作用系統(tǒng)的慢波系統(tǒng)螺旋線末端與該級(jí)互作用系統(tǒng)輸出裝置的中心線齊平，所述第一級(jí)輸出螺旋線末端與第一級(jí)輸出裝置的中心線齊平。
[0014]所述行波管工作電位、第一級(jí)調(diào)節(jié)電極電位、第二級(jí)調(diào)節(jié)電極電位、第三級(jí)調(diào)節(jié)電極電位依次減小，因?yàn)檎{(diào)節(jié)電極是為了收集低能量電子，經(jīng)過每一級(jí)互作用后的電子能量都比上一級(jí)中電子能量低，而且每一級(jí)中被收集的低能量電子都比以前一級(jí)中收集的電子能量要低，因此所需要的電位也是逐漸減小的。
[0015]工作原理
[0016]電子槍發(fā)射直流電子注后進(jìn)入第一級(jí)互作用系統(tǒng)，電磁波信號(hào)從第一級(jí)輸入裝置端口進(jìn)入行波管，在第一級(jí)互作用系統(tǒng)內(nèi)電子注與電磁波實(shí)現(xiàn)能量交換，電子注一部分能量交給電磁波，使得電磁波信號(hào)得到放大后從第一級(jí)輸出裝置端口輸出；失去能量的電子注進(jìn)入第二級(jí)調(diào)節(jié)電極，第二級(jí)調(diào)節(jié)電極所加電位低于行波管工作電位，能量最低的電子注沉積在第二級(jí)調(diào)節(jié)電極上，能量高的電子注接著進(jìn)入第二級(jí)互作用系統(tǒng)，電子注于電磁波互作用交出部分能量后進(jìn)入第三調(diào)節(jié)電極，然后接著進(jìn)入第三級(jí)互作用系統(tǒng)，以此類推，經(jīng)過第四級(jí)互作用系統(tǒng)后，電子注將大部分能量交給了電磁波信號(hào)，完成四級(jí)注波互作用后的電子注回收在收集極上。
[0017]本發(fā)明有益效果:
[0018]在螺旋線行波管中設(shè)計(jì)多級(jí)互作用系統(tǒng)可以充分利用行波管的直流能量，每級(jí)互作用系統(tǒng)都可以將電磁波放大；本發(fā)明提出多級(jí)互作用系統(tǒng)，有多個(gè)輸出端口，對于同一個(gè)輸入信號(hào)，經(jīng)過電子注與電磁波互作用后，信號(hào)被放大后分別經(jīng)多路輸出端口輸出，多個(gè)輸出端口輸出功率進(jìn)行合成后其功率遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)行波管一個(gè)輸出端口輸出功率，這將意味著行波管輸出功率得到明顯提高，電子效率得到提高，這將有利于節(jié)省空間能源。
【附圖說明】
[0019]圖1示出現(xiàn)有技術(shù)單級(jí)互作用系統(tǒng)螺旋線行波管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2示出現(xiàn)有技術(shù)螺旋線行波管中螺距分布示意圖；
[0021]圖3示出本發(fā)明剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4示出本發(fā)明螺旋線螺距分布示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]參見圖3-圖4所示，一種多級(jí)互作用系統(tǒng)螺旋線行波管，它包括螺旋線行波管1，該螺旋線行波管包括電子槍U、第一級(jí)螺旋線慢波系統(tǒng)12、第一級(jí)磁聚焦系統(tǒng)13、第一級(jí)輸入裝置14、第一級(jí)輸出裝置15、收集極16和管殼17，該第一級(jí)螺旋線慢波系統(tǒng)12包括第一級(jí)輸入螺旋線121、第一級(jí)輸出螺旋線122 ;
[0024]所述第一級(jí)輸出裝置15和收集極16之間的管殼17上設(shè)置有三級(jí)互作用系統(tǒng)2、3、4，每級(jí)互作用系統(tǒng)包括用于收集低能量電子的調(diào)節(jié)電極21、31、41、磁聚焦系統(tǒng)22、32、42、輸出裝置23、33、43和一段慢波系統(tǒng)螺旋線24、34、44 ;第一級(jí)輸出裝置15后的管殼17上依次設(shè)置有調(diào)節(jié)電極、磁聚焦系統(tǒng)和輸出裝置，對應(yīng)該級(jí)互作用系統(tǒng)的磁聚焦系統(tǒng)和輸出裝置位置的