[发明专利]一种哑铃形谐振腔的磁耦合法冷测装置

说明书

技术领域

本发明涉及微波及毫米波电真空器件技术领域，尤其涉及一种哑铃形谐振腔的磁耦合法冷测装置，适用于对结构尺寸较小的哑铃形谐振腔的基本特性参数进行测量。

背景技术

带状注速调管作为能够产生高功率和高频率电磁波的新型微波和毫米波源，在工业领域、军事装备、通信系统和大型科学装置中均有着广阔的应用前景。尽管早在二十世纪三十年代，前苏联的科学家就已经提出了带状注速调管的概念，但由于在模拟仿真和加工制造方面存在很大的困难，因而直至二十世纪九十年代，真空电子学领域的研究人员才开始认真考虑带状注速调管的设计和建造方面的问题。美国斯坦福直线加速器中心最先开展了用于推动加速器的X波段和W波段带状注速调管的研究，其有关电子光学系统的仿真设计和实验验证工作取得了很大的成功。随后，美国UC-Davis(加州大学戴维斯分校，University of California at Davis)和美国CCR公司(Calabazas Creek Research Inc.)的研究人员继续完善了相关工作并对高频互作用结构开展了初步的理论和实验研究。目前来看，带状电子注的成形、聚焦和传输问题已基本获得解决，但在高频电路的设计、制造和测试方面还存在一系列的难题有待克服。

与带状电子注相配合的高频结构为哑铃形谐振腔，腔体中部为一段直波导，在直波导两端为形状和尺寸完全相同的两个矩形腔。在腔体结构参数取值合理的情况下，哑铃形谐振腔的直波导内将形成沿横向和轴向分布均匀的轴向电场，该电场可与电子注有效地进行能量交换。高效的注波互作用取决于精确设定作为高频电路重要组成部分的哑铃形谐振腔的基本物理参数，然而，由于在零件加工、装配和焊接过程中引入的误差，实际腔体的特性参数与设计值不可避免地存在差异，这必须在整管总搭之前通过冷测实验进行修正。

美国阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory，ANL)的研究人员在1997年发表的论文(Microwave Cold Tests of Planar RF Cavities，J.Chen，T.Lee，and D.Yu，Proceedings of the1997Particle Accelerator Conference，vol.3，pp.3120-3122)中描述了一种对X波段哑铃形谐振腔进行冷测的结构方案。参考图1，按文中所述，在腔体外壁开孔伸入小的电流环a，依靠改变电流环平面与轴线(沿电子注运动方向，z轴)的夹角可激励不同的TM或TE模，电流环a通过同轴电缆b与网络分析仪c连接，经单端口扫描所得频率响应曲线上的各个尖峰即与各模式的谐振频率相对应。

最主要的技术缺陷：由于哑铃形谐振腔的特殊结构，中部直波导的厚度(沿电子注运动方向，z轴)和漂移通道的高度(窄边方向，y轴)尺寸相对较小，而且，随着工作频率的提高，其数值将会进一步减小，因此，在毫米波段(如W波段)，按照美国阿贡国家实验室所述，在中部直波导端面上开孔放置微小电流环的方法在实际结构中将面临很大的困难。

次要的技术缺陷：实验表明，现有网络分析仪的响应速度较慢，所测S参数曲线无法快速响应外部扰动或外加激励的变化。由于哑铃形腔体中的模式数量较多，因此，需要根据工作模式的场分布特点，对其施加扰动来进行判别，尽管未来随着技术的进步，网络分析仪的性能会有很大的提高，但目前由于其响应速度慢，这将给模式确认带来困难。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种哑铃形谐振腔的磁耦合法冷测装置。

根据本发明的一方面，其提出的一种哑铃形谐振腔的磁耦合法冷测装置，包括：上盖板、下盖板和磁耦合块，其中：

所述上盖板和下盖板结构相同，且所述上盖板和下盖板拼合后，两者之间形成哑铃形谐振腔以及所述哑铃形谐振腔两端的磁耦合块限位通道；所述磁耦合块位于所述磁耦合块限位通道中形成所述哑铃形谐振腔的侧壁；所述磁耦合块上具有两通孔，所述两通孔内穿有金属丝，该金属丝在邻接所述谐振腔的一端绕成环状结构，而其一尾端与所述磁耦合块底端短接，另一尾端与所述磁耦合块底端上的同轴线内芯相连。

其中，所述哑铃形谐振腔包括：

直波导段，其由所述上盖板和下盖板内表面中部区域的长矩形沉槽形成；

矩形腔区域，其由所述上盖板和下盖板内表面两侧与所述长矩形沉槽邻接的端部矩形沉槽形成；

电子注漂移通道，其由所述上盖板和下盖板内表面纵贯整个谐振腔结构的扁矩形沉槽形成；