[发明专利]一种采用同轴谐振腔及多电子注的毫米波扩展互作用器件

说明书

该发明属于真空电子器件中的毫米波扩展互作用器件，包括由壳体及芯体组成的器件本体，环筒形耦合通道，圆环形谐振腔及电子注通道，输出波导及耦合孔。该发明采用圆柱体形本体及绕芯体轴心线平行等间隔设置的圆环形谐振腔，谐振腔内、外圆周的长度远大于工作波长，可设置5‑19个谐振腔及5‑20个的电子注通道，并可大幅度缩小器件的长度，有效提高器件的阻抗、功率容量及输出功率；该发明通过将各谐振腔的径向尺寸控制在工作波长λ的2/5λ－3/5λ范围内又确保其在基模状态下长时间稳定工作。因而该发明具有可效提高器件工作在基模状态下的输出功率及器件工作性能的稳定性，且器件结构简单、生产工艺简便、生产成本低，工作寿命长等特点。

技术领域

本发明属于真空电子器件中的扩展互作用器件，特别是一种采用同轴谐振腔及多电子注的毫米波扩展互作用器件，该毫米波扩展互作用器件可在基模状态下有效、稳定地工作。

背景技术

目前基于真空电子技术的毫米波源的输出功率主要受到两个方面的制约：其一是随着工作频率的增加，基模工作器件的结构尺寸越来越小，限制了毫米波器件中可利用的电子注电流的提高，其输出功率也较低；如公开号为CN1234623A的专利文件公开了一种多注速调管滤波器加载宽带输出回路，由于其工作在基模，漂移管2需要集中分布在直径约为工作波长λ/2的多注速调管输出腔1的中部，这大大限制了可以利用的电子注数目。其二.在高频率及基模状态下工作则要求相应缩小器件中谐振腔的尺寸(谐振腔的尺寸大小与频率成反比)，这无疑又增大了互作用器件的加工难度和生产成本；此时，若要采用较大尺寸的器件则须将器件置于高次模式下工作，而在高次模式下工作又会受到模式竞争和耦合阻抗的限制而大幅降低器件工作的稳定性和效率、严重时还可能使得器件不能正常工作。如申请公布号为CN104752125A的专利文件所公开的《一种高次模同轴输出腔》，包括谐振腔体1及谐振腔盖2，漂移管3，径向波导4，扼流波导5，微波吸收材料6，衰减片7，输出波导8，杂模抑制装置9。该同轴输出腔为了使其既能在高频率下工作、又使器件具有较大的体积而便于加工，因而其工作模式设为TMn10模，其中n≥2，这样，同轴谐振腔体1在半径方向的尺寸就可增大到工作波长λ/2的n倍，但这就将会使得同轴谐振腔体1在工作时存在部分频率与工作频率非常接近的高次模式(即非工作模式、亦称杂模)；该技术为了增加针对这些广谱杂模的抑制功能，又增设了包括径向波导4，扼流波导5及包含设置有微波吸收材料6的衰减腔7在内的杂模抑制装置9等，以期提高该同轴输出腔工作在高次模的多注速调管运行的稳定性；但该技术由于增设了多个零、部件，不但大大增加了器件加工、装配的复杂性及工艺难度，而且由于零、部件多其故障点亦多，这又从另一方面影响到器件工作的稳定性。因而该高次模同轴输出腔仍存在结构复杂、加工工艺难度大、生产成本高以及器件工作的稳定性差、输出功率小等弊病。

此外，对于输出功率的提高来说，目前基于真空电子技术的毫米波源的输出功率的提升来说，主要有如下三种方法：一是采用多电子注技术，其主要目的是降低器件的工作电压，由于利用的互作用结构是传统的重入式谐振腔，器件的横向分布空间受限，从而限制了最大可利用的多电子注的数目或是所有电子注在横向的截面积总和；第二种方法是采用片状电子注的方法，通过利用电子注在横向的分布提升器件总的工作电流，从而提高器件的输出功率，但其横向提升的空间有限，进一步提升会带来模式竞争的问题；第三种方法是采用环行带状电子注的方法，通过增大电子发射面积及增加电子束通道面积，使得器件获得更大功率，但由于高质量的环行带状电子注实现困难，限制了此方法在实际器件中的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术存在的缺陷，研究设计一种采用同轴谐振腔及多电子注的毫米波扩展互作用器件，以达到在简化毫米波扩展互作用器件结构及生产工艺、降低生产成本的同时，有效提高器件工作在基模状态下的输出功率及器件工作性能的稳定性，延长其使用寿命等目的。