[发明专利]一种用于相控阵雷达行波管的扁形多级降压收集极

说明书

技术领域

本发明属于真空电子器件领域，特别涉及到一种用于相控阵雷达行波管的扁形多级降压收集极。

背景技术

有源相控阵雷达对器件的体积提出了一定的要求，一般雷达天线只有一个辐射源，少数雷达有几个辐射源，而有源相控阵雷达采用阵列式天线，有成百上千个辐射源，每一个辐射源后面（或前面）有一个精密移相器与其连接，每一个辐射源需要一个功放器件去激励，假设采用行波管放大器，就需要排列成百上千的行波管，占据着相当大的空间体积。有源相控阵辐射源之间的距离不能大于辐射信号半波长，在一个方向上有若干个排列着的辐射源，辐射源在该方向上的尺寸要小于辐射信号的半波长。

在已有行波管研制中，处于行波管尾部的收集极，可以是一级或多级降压收集极，是行波管中径向尺寸最大的部件。如图1所示。所以要想将行波管用于有源相控阵雷达系统，必须减小行波管收集极的尺寸，至少要在一个方向（高度或厚度）上减小尺寸，以保证其在构成一维阵列时可以满足小于半波长的要求。由于受散热能力的限制，收集极尺寸不能任意减小，也就是说要在保证散热的条件下，尽可能将收集极尺寸减到信号半波长以下。

本发明对扁形电子注进行了研究，经过理论分析和实验研究，寻求到一种能缩小多级降压收集极尺寸的方法，达到多级降压收集极在性能（包括收集极效率和电子回流率）不产生大变化的情况下，对其一维尺寸进行压缩，从而解决行波管应用于有源相控阵时受限制的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对已有技术中，普通行波管的均匀圆柱筒状多级降压收集极是行波管体中横向截面尺寸最大的部分，而有源相控阵雷达对微波辐射源之间的尺寸提出了限制要求；为了克服这一矛盾之处，就要重新考虑一种使行波管一维横向尺寸尽量减小，以满足尺寸限制的要求，故将行波管均匀圆柱筒状降压收集极尺寸压缩成扁形结构。

本发明目的，是提供一种用于相控阵雷达行波管的扁形多级降压收集极。这种相控阵雷达是指有源相控阵雷达。

为了实现本发明的目的，是采用以下的技术方案来完成的。

一种用于相控阵雷达行波管的扁形多级降压收集极，它置于行波管总体结构的末端，在高频输出部件之后位置处；其特征在于，在第一收集极入口前端处对称地设置两个相同尺寸的凸起电极块，它们所形成的静电场使电子注的横向截面被压缩成扁形。

所述凸起电极块与第一收集极入口前端处焊接固定，轴向的凸起电极块长度与要形成电子注扁的程度有关，即若要求电子注越扁，那么轴向凸起电极块应做得越长；凸起电极块的宽度一般是第一收集极入口内径的三分之一到三分之二，凸起电极块厚度对扁形电子注的形成基本没有影响,只要保证不碰到管体即可，具体长度和宽度，要通过形成所需静电场时的电磁仿真模拟结果来确定。

在第一收集极入口前端处伸出两个凸起作为凸起电极块，图2a是原来未加凸起电极块的电极截面图，图2b是加上凸起电极块后的截面图。凸起电极块可以通过钎焊工艺焊接到第一收集极入口前端，凸起电极块与焊接的电极（即第一收集电极）等电位。就在电子注尚未完全发散的多级降压收集极前部，形成一个电子透镜，把电子注约束成扁形，从而可按照扁形电子注的要求，将后面的收集电极设计成扁形电极，减小了收集极一个方向的尺寸。从而达到在不减损收集极性能指标（即不减小效率和不增大返流）的情况下，把整个多级降压收集极做成扁形的目的。为了证明不减损收集极性能指标和本申请的可行性。申请人做了实际实验验证，验证表明，原来行波管收集极为圆形，最大直径是25mm，行波管总效率是45%，电子效率20%，螺旋线电流是1.5mA，收集极效率约71%；通过冲压等工艺将收集极改为椭圆后，椭圆长38，椭圆宽16，行波管总效率仍是45%，电子效率不变20%，螺旋线电流为是1.35mA，收集极效率仍为约71%。可见本申请的实施确实能保证达到在不减损收集极性能指标。

利用图3a、图3b说明一下本发明的原理。本发明中，电子注在即将进入第一收集极前，在凸起电极块前端位置的横截面如图3a所示（对应图2b中的t1位置，t₂为凸起电极的后端位置），由于凸起电极与第一收集极相连，与其等电位，并且其电位低于管体电位。电子注主要受到两个力作用力，一个是空间电荷力Fρ，是使电子注向外发散的力；另一个是电场力F_E，此力在电极电子注所在区域是竖直方向，是阻止电子向外发散的力，并且这个力小于Fρ，其合力作用为减缓电子在竖直方向向外发散。这样在凸起电极的后端位置电子注的截面就变成图3b所示。