[发明专利]一种四腔高功率输出TE01模式的回旋速调管高频结构

说明书

该发明公开了一种四腔高功率输出TE01模式的回旋速调管高频结构，属于毫米波器件技术领域，在Q频段利用TE01模式构建了四个谐振腔工作的回旋速调管高频结构，可以应用于高次谐波下的线性化器件中，同时对TE01模式的功率容量限制进行探索。主要是在回旋速调管中利用TE01模式进行注波互作用，同时四个谐振腔包括输入腔、第一群聚腔、第二群聚腔和输出腔，工作频率为47GHz，该频段研究还较少，可用在直线加速器上，也对于兆瓦级回旋速调管的研究提供参考。

技术领域

本发明属于毫米波器件技术领域，在Q频段利用TE01模式构建了四个谐振腔工作的回旋速调管高频结构，可以应用于高次谐波下的线性化器件中，同时也对于兆瓦级回旋速调管的研究提供参考。

背景技术

回旋速调管最早于1967年在俄罗斯应用物理研究所(IAP)开发。自那以后，特别是在雷达系统领域，回旋速调管引起了人们的极大兴趣。回旋速调管是在电子回旋脉塞原理的基础上工作的一种微波电真空回旋器件，具有高输出功率、高注波互作用效率且具有一定的带宽的特点。利用电子注与电磁场的注波互作用实现电子与场之间的换能，将电子注动能转换为微波能量。主要由电子枪、高频结构、输入输出结构和收集结构构成。

回旋速调管与回旋行波放大器相比，通常能在较窄的带宽下输出高功率，而回旋行波放大器是一种中等功率的宽带放大器。目前，回旋速调管输出功率主要在百千瓦数量级，将输出功率推向兆瓦级是未来趋势。

但是随着对输出功率要求的提高，兆瓦级回旋速调管输入条件下的高压大电流的电子注对回旋管高频结构的稳定性要求较高，需严格优化避免自激振荡与返波振荡。

在专利202110584235.X中公开了一种用于高阶工作模式的介质加载回旋行波管高频结构，该结构中心频率为220GHz，增益高，但是该结构不能用于TE01模式，与这个专利相比，本专利的高频结构具有兆瓦级别的输出能力，做到超高功率输出也是速调管相比行波管的优势，并且低阶模和高阶模的工作条件差别较大，低阶模式优势在于工作稳定，但对于结构设计参数的精度要求更高。

高频射频直线加速器的发展需要考虑电子束线性化等技术挑战。在设计射频加速器时，较高的驱动频率通常允许较高的工作梯度。当使用线性光束O型速调管时，在非常高的频率上获得所需的功率是一个主要的挑战。传统的速调管很难产生足够的输出功率来驱动X波段结构的谐波线性化器。回旋速调管不受同样的限制，因此成为一个有吸引力的解决方案。

发明内容

本发明建立了一种四腔高功率输出TE01模式的回旋速调管高频结构，主要是在回旋速调管中利用TE01模式进行注波互作用，同时四个谐振腔包括输入腔、第一群聚腔、第二群聚腔和输出腔，工作频率为47GHz，该频段研究还较少，可用在直线加速器上，也对于兆瓦级回旋速调管的研究提供参考。

本发明采取以下技术方案实现：

一种四腔高功率输出TE01模式的回旋速调管高频结构，中心频率为47GHz，工作模式为TE01模式；该结构依次由内径相同的：输入腔、群聚腔与输出腔组成，所述群聚腔依次由第一漂移段、第一群聚腔、第二漂移段、第二群聚腔、第三漂移段组成，所述输出腔依次由输出头段、输出渐变段和输出末段组成；各功能段是在内径为2.5mm；

所述输入腔长度为8.66mm，介质层的厚度为0.25mm，谐振频率为46.8GHz；

所述第一漂移段、第二漂移段、第三漂移段长度依次为28mm，28mm，12mm，损耗介质层厚度依次为0.8mm,0.85mm,0.7mm；

所述第一群聚腔、第二群聚腔的长度依次为10mm，10.2mm，外径为4.05mm，介质层厚度为0.4mm，Q值依次为29，28.68；谐振频率依次为45.14GHz，44.92GHz；

所述输出头段长度为3mm外径为2.96mm，输出渐变段长度为20mm，输出末段长度为50mm，内径为3.7mm，外径为4mm。