[发明专利]一种提高耦合腔行波管增益平坦度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微波真空电子领域，具体涉及一种提高耦合腔行波管增益平坦度的方法。

背景技术

行波管根据其慢波结构可分为螺旋线行波管、耦合腔行波管等。螺旋线慢波系统的色散很小，具有很宽的工作带宽，但螺旋形慢波系统散热性能较差，因此一般用于宽频带的中小功率的行波管中。耦合腔慢波系统具有很强的色散，因此其工作带宽相对于螺旋线慢波系统来说很窄，但耦合腔慢波系统的散热性能很好，能承受相当大的工作功率，耦合腔慢波系统一般用于大功率的行波管中。

耦合腔行波管主要由电子枪、耦合腔慢波系统、收集极、微波输入系统、微波输出系统组成。其中电子枪是发射出具有一定速度的电子注进入耦合腔慢波系统；耦合腔慢波系统的作用是提供微波与电子注的相互作用；收集极是接受在耦合腔中与微波相互作用后的电子注；微波输入系统的作用是向耦合腔慢波系统馈入微波信号；微波输出系统的作用是从耦合腔慢波系统中获得微波与电子注作用后的放大的微波信号。

传统的耦合腔行波管，在整个耦合腔慢波系统段内，为了使微波信号与电子注能够持续相互作用，微波输入系统传输的微波的相速都低于电子注的运动速度。由于耦合腔慢波系统具有很强的色散，在工作频带内的各频率点上微波与电子注的耦合阻抗均不相同，微波与电子注的不同步的参量也不相同。这就导致在每一个耦合腔内，对于工作频带内不同的频率点，所获得的增益不同。

由于耦合腔慢波系统内每个耦合腔所获得的增益不同，利用传统的耦合腔慢波系统结构设计制作的耦合腔行波管具有一个很大的缺点，就是整个行波管的增益起伏很大。增益起伏过大，行波管的应用会受到很大的限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高耦合腔行波管增益平坦度的方法，解决耦合腔行波管增益起伏过大的问题。

为实现上述目的，对本发明所采取的技术方案总体构思为：

所述的这种提高耦合腔行波管增益平坦度的方法是在传统的耦合腔行波管的慢波系统上增加一段增益均衡段。增益均衡段实际上就是一段耦合腔链，耦合腔链有多个耦合腔组成。

在行波管耦合腔慢波系统中，当输入微波的相速略大于电子注的运动速度时，相互作用的结果是部分微波能量转换为电子注的动能，使得电子注的运动速度提高而微波能量减弱，微波信号得到负的增益。增益均衡段的增加正是基于此相互作用结果。

增益均衡段就是在耦合腔行波管的慢波系统的合适位置加上一耦合腔链。该耦合腔链的微波相速设计的比电子注的传输速度要高一些。其结果是，当电子注穿过该耦合腔链时，微波信号会获得负的增益。由于耦合腔链的工作频带内的各频率点上微波与电子注的耦合阻抗均不相同，微波与电子注的非同步参量也不相同，微波信号得到的负的增益呈起伏状态。

在传统的耦合腔行波管中，整个耦合腔慢波系统段内，为了使微波信号与电子注能够持续相互作用，微波输入系统传输的微波的相速都低于电子注的运动速度。当电子注的运动速度略大于微波的相速时，电子注的动能部分转化为微波能量，从而电子注速度减小，微波能量得到放大，微波信号得到正的增益，由于耦合腔微波系统的工作频带内的各频率点上微波与电子注的耦合阻抗均不相同，微波与电子注的非同步参量也不相同，微波信号得到的正的增益呈起伏状态。

在传统耦合腔行波管中加入耦合腔链后，耦合腔链中微波与电子注的相互作用获得的微波信号的负的增益与传统耦合腔行波管中微波信号的正的增益叠加后，最终可获得一个稳定的微波信号增益。

当加入了耦合腔链后，行波管的增益平坦度会得到较大的改善，但总的增益会有一定程度的下降，为了克服这一问题，需要在管子耦合腔链后面的各段中增加耦合腔体。

耦合腔链中微波信号的相速按以下步骤确定；第一步：计算出未增加耦合腔链时，行波管耦合腔慢波系统内最大增益起伏值a；第二步：计算行波管耦合腔慢波系统内平均每个腔体增益的差别b，b＝a/N，其中N为行波管耦合腔慢波系统中腔体数量的总和；第三步：计算耦合腔行波管增益起伏最大值为a时，微波相速与电子注速度的比值c，此时微波相速为V_P1，电子注速度是V_e，c(＝V_p1/V_e)；第四步：确定增加的耦合腔链内的微波相速V_p2，V_p2高于耦合腔链内的电子注的速度V_e，V_p2＝V_e/c。