[发明专利]带状注速调管多间隙腔输出装置

说明书

技术领域

本发明涉及微波电真空器件技术领域，尤其涉及一种能与群聚的带状电子注进行互作用并有效提取电子动能实现微波能量输出的带状注速调管多间隙腔输出装置。

背景技术

将带状电子注应用于速调管可以获得高频率和高功率的微波输出，尽管在二十世纪三十年代就已经有前苏联的学者提出了这一概念，但直到上世纪九十年代带状注方案才重新引起了研究人员的兴趣，这首先是因为在早期的技术条件下，与传统的圆形电子注相比，带状电子注轴对称性的丧失给电子枪和聚焦系统的分析、设计以及加工制造带来了难以克服的巨大困难。在最近二十年以来，经过各国科研人员的不懈努力，目前带状电子注的成形和传输问题已经基本获得解决。在突破带状注电子光学系统的技术之后，为制成实用化的带状注速调管还需发展出高效率的注波互作用结构以实现微波功率的提取和输出，特别是设计出合理的多间隙腔输出结构显得尤为重要。

相较于传统的圆柱形重入式谐振腔，与带状注配合的哑铃形谐振腔存在特性阻抗较低和工作于高阶模式的特点，这些均不利于电子注与腔体内高频场之间的能量交换。因此，需要根据哑铃形腔的特点发展出串列式的多间隙结构以便进一步提高注波互作用的效率，同时还起到降低间隙电压避免高频打火以及增加腔体有效散热面积的作用。美国加州大学戴维斯分校的研究人员在2009年发表的论文(Quasi-Optical Output-Cavity Design for a 50-kW Multicavity W-Band Sheet-Beam Klystron，IEEE Trans.Electron Devices，vol.56，no.12，pp.3196-3202)中提出了一种带状注速调管所用的多间隙输出腔，如图1所示。其中，五个在空间上相互分离的哑铃形谐振腔1仅通过电子注漂移通道进行耦合，工作于2π模式。在哑铃形结构两侧的鼓包上使用过渡段2与锥形渐变段3连接，在锥形渐变段3中将从各腔提取的电磁波能量进行耦合叠加之后输出到外部的标准波导。群聚电子注沿图中所示箭头方向进入输出腔，通过注波互作用产生的微波功率则从输出腔两侧提供给外部负载。

然而，上述由美国加州大学戴维斯分校研究人员所提出的用于带状注速调管的输出腔存在如下技术问题：(1)各互作用间隙的场耦合较弱；(2)难以设置腔体调谐机构，考虑到实际的金属构件存在加工和装配误差，在具体应用场合中将会面临腔体工作频率无法进行有效修正的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种用于带状注速调管的多间隙腔输出装置，以提高各互作用间隙的场耦合，并可以调节腔体频率。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提出了一种带状注速调管多间隙腔输出装置，包括：上盖板、下盖板、耦合过渡片和输出波导，上盖板和下盖板扣合匹配，两者之间形成多间隙输出腔，其中：上盖板和下盖板内表面的中部形成对应的多条横向沟槽，该多条横向沟槽构成多间隙输出腔的互作用间隙；上盖板和下盖板的内表面的多条横向沟槽的两侧形成贯通的纵向沟槽，该纵向沟槽构成多间隙输出腔的鼓包结构；上盖板和下盖板的纵向两侧开口，分别形成电子束的输入和输出口，上盖板的横向沟槽和下盖板的横向沟槽之间构成多间隙输出腔的电子漂移通道；耦合过渡片，其一端位于鼓包结构内，其另一端通过形成于上盖板和下盖板侧面的方孔伸出鼓包结构外，其中部开有过渡孔，该过渡孔的一端与鼓包结构相连接；输出波导，与耦合过渡片上过渡孔的另一端相连接，用于将多间隙输出腔内的微波输出至外部负载。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明带状注速调管多间隙腔输出装置具有以下有益效果：

1、由上盖板和下盖板组成的多间隙腔结构中，与各互作用间隙相连接的是贯通的鼓包结构，因而，各间隙场之间除通过漂移通道发生弱耦合之外，该鼓包结构还提供了另外的强耦合途径，这对提高腔体的特性阻抗，进一步增强注波互作用是有利的；

2、在上盖板的外表面两侧对称设置长条形圆头槽与调谐块相配合，通过改变调谐块进入鼓包的深度可在一定范围内对腔体谐振频率进行修正，从而补偿在零件加工和装配时引起的偏差；

3、在上盖板外表面的中部开有贯通的圆孔，用于在冷测实验时插入金属微扰杆。由于微扰杆将引起工作模式频率的明显偏移，因而，该方法可从具有多个尖峰的扫频曲线上分辨出腔体的工作模式；

4、在上盖板与下盖板组成的腔体窄边一侧或两侧开有方形槽，通过耦合过渡片与输出波导直接相连，这有助于缩短整个多间隙腔输出装置的横向尺寸，为放置磁聚焦和水冷系统留出了空间。