[发明专利]L波段感应输出管

说明书

技术领域

本发明总地涉及感应输出管。更具体地，本发明涉及适于在L波段频率范围内工作的感应输出管。

背景技术

自从二十世纪八十年代后期，感应输出管(也称之为“IOT”，并且其一种型号由Eimac以商标“Klystrode”来销售)已作为用于通常在100MHz-900MHz范围工作的UHF频率范围内的广播、应用科学以及工业应用的有效设备，为人们所接受。相比于速调管，IOT具有出众的效率和线性，从而补偿了其较低的增益，并且就功率能力(powercapability)和增益而言，它胜于其在电子设备家族中近似的四极管。但，长期以来一直认为，过渡时间效应(transit time effect)将IOT的有效频率范围限制到了1000MHz以下。在工业上普遍认同的是，1000MHz是硬性阈值，超过它，则作为基频放大器的IOT的性能就会迅速降低。

图1是根据现有技术的典型的IOT 10的简化电气原理示意图。相对于地保持很高负电势的阴极12(通常为储备式钡阴极)发出电子束14。由射频(RF)输入源32馈电的控制栅极16对电子束14流进行密度调制(density modulate)。保持地电势的阳极18加速所调制的电子束14。调制的电子束14通过输出间隙20，其中输出功率通过感应电磁场从电子束提取到输出谐振器19，并引导至通常为同轴馈线的输出耦合21。集电极22接收耗散电子(spent electron)。栅偏压电源30将偏置电压提供给栅极，分布在线34和线38之间的束电源提供功率来加速从阴极到阳极的电子，加热器的电压源36以传统的方式将功率提供给阴极的加热器。螺管式磁铁(未示出)通常包围电子束以对其聚集并降低束发散性。示意性地显示了输入电路40，它用来将输入信号的阻抗匹配到IOT 10。

很早之前就已产生了在较高频率波段使用IOT的高次谐波版本的想法。例如，在二次谐波IOT中，在内凹的输出谐振腔被调谐到在L波段频率中较高次谐波的同时，频率感应栅-阴电路(frequency-sensitivegrid-cathode circuit)(例如，参见Shrader等人的题为“High FrequencyVacuum Tube with Closely Spaced Cathode and Non-Emissive Grid”的美国专利No.5,767,625)仍然能在有丰富经验的UHF体制中可靠地工作。这种方式主要的缺点是低驱动频率形成的电子聚束的相对长度。在它通过输出间隙期间，在输出谐振腔中的RF电压极性改变两次：从加速到减速阶段以及相反阶段。虽然在减速阶段内通过电流的最大值，从而确保了将功率转换到所需的频率，但也加速了相当量的电子，从而限制(marginalize)了效率和增益，并导致了集电极损耗和X射线辐射的问题。

已进行研究，以找出基频IOT在计算机模拟中能被调谐到频率的什么范围且不会危及其性能特性，特别是其关键的栅-阴极构造的工作。修改现有的已被证实可靠的一维IOT计算机代码来将栅-阴极的过渡时间效应包括到模拟中。

作为第一步，分析具有在UHF广播和科学应用中所记录的已确定轨迹的IOT电子枪，以确定电子聚束波形和基本RF电流对频率的变化。该模拟的结果如图3中所示，图3是工作在B类中在22kV束电压和47.4V峰值RF栅极电压时已有的IOT枪所模拟的基频电流对频率的曲线图。此外关注的是，由在该模拟中的电子束所加载的有效基本RF电流并不会显著下降直至大约2GHz(图3)。

因此，很需要发展具有合理性能特性的基谐模式(fundamentalmode)的L波段IOT。

发明内容

一种适于在1000MHz以上频率工作的感应输出管(IOT)包括：用于发射线性电子束的阴极；用于密度调制该束的由非电子放射性材料构成的栅极，其中在阴极和栅极之间施加输入RF信号；用于与用来加速该束的阴极一起形成电场的阳极；用于集中耗散的束的集电极(其可以是单级或多级降压集电极(MSDC)类型)；谐振到输入RF信号的频率的输出谐振腔，其位于该阳极和集电极之间。在谐振腔中通过互作用隙的电子降低了在谐振腔中的RF场。相应于RF信号的耦合器将RF信号从该谐振腔耦合到负载。

在本发明的一个方面中，提供了输出窗来将IOT的真空部分从IOT的大气压力部分隔开，该输出窗由冷却空气歧管包围，该歧管包括进气口和多个允许冷空气从该口通过歧管和窗口进入IOT的大气压力部分的孔。