带状注速调管谐振腔的模式判别和测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种带状注速调管谐振腔的模式判别和测试装置，包括两个腔体盖板、一个塞块、一个扰动探针、两个同轴探针和矢量网络分析仪；所述两个腔体盖板拼合形成主体结构，在主体结构中形成有谐振腔、电子注漂移通道和槽道；所述塞块插入所述槽道内；所述塞块上开有贯通的圆槽；所述扰动探针通过所述圆槽旋入塞块内部，并进入所述谐振腔，用于使谐振腔的模式频率发生偏移；所述两个同轴探针分别从两端靠近谐振腔的最外侧直波导间隙的边缘，用于激励和探测所述谐振腔内的模式场；所述矢量网络分析仪与所述同轴探针通过电缆连接，用于测试和分析所述谐振腔的频率响应特性。本发明专利技术装置能够对高频率多间隙谐振腔的模式进行有效判别和测量。

Mode discrimination and test device for resonant cavity of strip injection klystron

The invention discloses a sheetbeam klystron resonant cavity mode discrimination and test device, including two cavity cover, a plug, a disturbance probe, two coaxial probe and vector network analyzer; the two cavity cover together formed the main structure, a resonant cavity, the electron beam drift channel and the groove is formed on the body structure; the plug is inserted into the groove; the block is arranged on the circular groove through the disturbance; probe through the circular groove is screwed into the plug inside the block, and into the cavity, the cavity mode frequency for the students the offset; outside the two coaxial probe respectively near the resonant cavity from the ends of the straight waveguide gap edge for mode field excitation and detection of the resonant cavity; the vector network analyzer and the coaxial probe are connected by a cable, used for measuring The frequency response characteristics of the resonator are tested and analyzed. The device of the invention can effectively distinguish and measure the modes of the high frequency multi gap resonant cavity.

【技术实现步骤摘要】
带状注速调管谐振腔的模式判别和测试装置
本专利技术涉及毫米波及亚毫米波电真空器件
，适用于对几何尺寸较小的平面结构多间隙谐振腔进行工作模式判别和特性参数冷测。
技术介绍
速调管作为一种高功率、高增益和高效率的微波和毫米波放大器件，同时还具有工作稳定可靠和长寿命的特点，这使其在科学研究、国防建设和工业领域获得了广泛的应用。20世纪40年代到70年代初是高功率单注速调管发展最快的时期，具有代表性的成就是研制出了扩展互作用速调管及行波速调管，在这一阶段速调管的功率、效率和带宽都获得了显著提高。与此同时，为了进一步满足雷达和通信系统的使用要求，在降低工作电压的前提下，使速调管能够更加有效地兼顾功率、效率和频带特性，从20世纪60年代开始，苏联科学家开始尝试研制多注速调管并首先取得了成功。目前，覆盖L至Ka波段的多注速调管已经应用于各类移动射频电子系统中。20世纪90年代以来，随着计算机三维仿真技术和精密微细加工能力的不断发展，突破传统的轴对称圆形电子光学系统，研制基于非轴对称带状注束流的速调管成为可能。这种速调管可适用于从L波段至G波段的窄带高功率应用场合，如粒子加速器、高功率微波武器和动态核极化增强的核磁共振谱仪。带状注速调管的主要优点为：1)互作用电路的表面积较大，器件散热容易、功率容量大；2)高频电路为整体式的平面结构，易于实现高精度的精密加工和装配焊接，尤其是在毫米波和亚毫米波频段具有优势(可使用LIGA等平面加工手段)。为提高互作用效率，带状注速调管的高频电路通常由多个串列的平面多间隙谐振腔组成，与传统速调管中的圆柱重入式谐振腔不同，前者往往工作于高次模且相邻模式的间隔较小。因此，在带状注速调管腔体冷测过程中，能否准确地对腔体中的工作模式和非工作模式进行区分，将是影响制管成功与否的关键因素。美国阿贡国家实验室(ArgonneNationalLaboratory，ANL)的研究人员在1997年发表的论文(MicrowaveColdTestsofPlanarRFCavities，J.Chen，T.Lee，andD.Yu，Proceedingsofthe1997ParticleAcceleratorConference，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E1，依靠改变电流环平面与z轴(沿电子注运动方向)的夹角可激励起不同的TM或TE模。电流环E1通过同轴电缆E2与矢量网络分析仪5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。上述已有技术方案存在的缺陷主要包括下列三方面。第一，该方法仅能对谐振频率较低、中部尺寸较大的单间隙谐振腔进行测量，此时腔体中部间隙的宽度(沿z轴)和高度(沿y轴)较大，因而有足够的空间容纳位于同轴线端部的电流环，而且电流环的引入不会对间隙电场的分布和模式频率造成过大的扰动。但在毫米波和亚毫米波频段，随着工作频率的持续上升，腔体尺寸也将不断减小，如在W波段，腔体间隙宽度(沿z轴)通常小于1mm，腔体间隙高度(沿y轴)通常小于2mm，此时，采用电流环激励的方法不具有可行性。其次，采用在谐振腔中部设置电流环激励工作模式的方法，尽管对单间隙谐振腔而言比较有效，但由于单一电流环无法同时激励二个及以上的间隙，因此对多间隙谐振腔的测试效果较差。再者，该方案仅仅考虑了对已加工成形的腔体模式频率进行测量，对工作模式与非工作模式的判别仅依靠与仿真结果的对比来实现，这在实际的高频段冷测过程中是有局限性的(伪模和错误的测量信号会对模式判别造成干扰)。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题基于以上问题，本专利技术的主要目的在于提出一种带状注速调管谐振腔的模式判别和测试装置，以解决上述技术问题中的至少之一。(二)技术方案本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供了一种带状注速调管谐振腔的模式判别和测试装置，包括两个腔体盖板、一个塞块、一个扰动探针、两个同轴探针和矢量网络分析仪；所述两个腔体盖板拼合形成主体结构，所述主体结构中形成有谐振腔、电子注漂移通道和槽道；所述谐振腔包括两侧空腔、和连接两侧空腔的至少一个直波导间隙；所述电子注漂移通道沿垂直于所述直波导间隙方向贯穿所述谐振腔，形成矩形通道；所述槽道的第一端面与所述谐振腔的两侧空腔其中之一相连通，所述槽道的第二端面延伸至所述腔体盖板的端部；所述塞块从所述槽道的第二端面插入所述槽道内，并到达所述槽道的第一端面；所述塞块开有贯通的圆槽；所述扰动探针通过所述圆槽旋入塞块内部，并进入所述谐振腔，用于使模式频率发生偏移；所述两个同轴探针分别从所述电子注漂移通道的两端伸入，靠近所述谐振腔的最外侧直波导间隙的边缘，用于激励和探测所述谐振腔内的模式场；所述同轴探针外径尺寸小于所述电子注漂移通道的窄边高度；所述矢量网络分析仪与所述同轴探针通过电缆连接，用于测试和分析所述谐振腔的频率响应特性。所述腔体盖板和塞块由无氧铜材料制成。所述塞块到达槽道的第一端面的一端用于密封所述槽道的第一端面；所述塞块的圆槽从外到内依次包括螺纹孔、圆孔、锥形孔和探针孔，所有螺纹孔、圆孔、锥形孔和探针孔位于同一轴线上；所述扰动探针依次包括螺杆、圆杆、锥形段和微细探针；所述扰动探针的螺杆、圆杆、锥形段和微细探针依次与所述螺纹孔、圆孔、锥形孔和探针孔相配合，使所述扰动探针依次通过所述螺纹孔、圆孔、锥形孔和探针孔进入所述谐振腔。所述扰动探针的端部开有一字槽，用于旋动所述扰动探针的螺杆在所述塞块的螺纹孔内运动。所述微细探针直径不大于0.2mm。所述微细探针能够从零连续地进入到所述谐振腔内一定的位置处。所述同轴探针包括金属圆柱壳体、介质绝缘层和金属丝，所述金属丝位于中心位置，其外层依次同心地包裹介质绝缘层和金属圆柱壳体；所述金属丝的端部伸出所述介质绝缘层和所述金属圆柱壳体。所述同轴探针的金属壳体外表面覆盖绝缘材料。(三)有益效果(1)本专利技术对平面单间隙或多间隙谐振腔中模式场的激励和探测由微细的半刚性同轴探针实现，该方法简单可靠，只要能保证涂覆绝缘层后的同轴探针外径小于电子注漂移通道的窄边高度(沿y向)即可。相对而言，在谐振腔间隙内放置电流环受到间隙尺寸的较大限制，在工作于毫米波及更高频段的腔体中难以应用。此外，对于多间隙腔而言，仅在中部单一间隙内放置电流环的方法可能无法有效激励起工作模式，而在漂移通道两端同时放置同轴探针的方法，则可有效地激励起具有轴向电场分量的各个腔模。(2)本专利技术中完整的腔体结构由上、下两块结构相同的腔体盖板拼合而成，仅在谐振腔一侧将空腔与槽道连通，在冷测时插入槽内的塞块端面作为侧壁将空腔封堵起来形成环绕电子注通道的闭合结构。考虑到实际的管体高频结构中，也需要预留该位置以焊接调谐膜片，因此，与现有方案必须在腔体间隙上部开孔穿入电流环的方法相比，本方案在冷测过程中不需要额外地在腔体上开孔，这简化了工艺过程并避免了后续封堵孔洞可能引起的频率变化。(3)本专利技术通过由谐振腔的空腔侧壁伸入间隙内部的金属细针，对间隙中的电场进行扰动，根据双端口传输曲线上各个尖峰的频率变化情况，结合理论和仿真分析结果可以准确地从中分辨出与工作模式相对应的尖峰，为后续有针对性地对腔体内部尺寸进行微调提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带状注速调管谐振腔的模式判别和测试装置，其特征在于，包括两个腔体盖板、一个塞块、一个扰动探针、两个同轴探针和矢量网络分析仪；所述两个腔体盖板拼合形成主体结构，所述主体结构中形成有谐振腔、电子注漂移通道和槽道；所述谐振腔包括两侧空腔、和连接两侧空腔的至少一个直波导间隙；所述电子注漂移通道沿垂直于所述直波导间隙方向贯穿所述谐振腔，形成矩形通道；所述槽道的第一端面与所述谐振腔的两侧空腔其中之一相连通，所述槽道的第二端面延伸至所述腔体盖板的端部；所述塞块从所述槽道的第二端面插入所述槽道内，并到达所述槽道的第一端面；所述塞块开有贯通的圆槽；所述扰动探针通过所述圆槽旋入塞块内部，并进入所述谐振腔，用于使模式频率发生偏移；所述两个同轴探针分别从所述电子注漂移通道的两端伸入，靠近所述谐振腔的最外侧直波导间隙的边缘，用于激励和探测所述谐振腔内的模式场；所述同轴探针外径尺寸小于所述电子注漂移通道的窄边高度；所述矢量网络分析仪与所述同轴探针通过电缆连接，用于测试和分析所述谐振腔的频率响应特性。

【技术特征摘要】
2017.01.16 CN 20171003007051.一种带状注速调管谐振腔的模式判别和测试装置，其特征在于，包括两个腔体盖板、一个塞块、一个扰动探针、两个同轴探针和矢量网络分析仪；所述两个腔体盖板拼合形成主体结构，所述主体结构中形成有谐振腔、电子注漂移通道和槽道；所述谐振腔包括两侧空腔、和连接两侧空腔的至少一个直波导间隙；所述电子注漂移通道沿垂直于所述直波导间隙方向贯穿所述谐振腔，形成矩形通道；所述槽道的第一端面与所述谐振腔的两侧空腔其中之一相连通，所述槽道的第二端面延伸至所述腔体盖板的端部；所述塞块从所述槽道的第二端面插入所述槽道内，并到达所述槽道的第一端面；所述塞块开有贯通的圆槽；所述扰动探针通过所述圆槽旋入塞块内部，并进入所述谐振腔，用于使模式频率发生偏移；所述两个同轴探针分别从所述电子注漂移通道的两端伸入，靠近所述谐振腔的最外侧直波导间隙的边缘，用于激励和探测所述谐振腔内的模式场；所述同轴探针外径尺寸小于所述电子注漂移通道的窄边高度；所述矢量网络分析仪与所述同轴探针通过电缆连接，用于测试和分析所述谐振腔的频率响应特性。2.如权利要求1所述的带状注速调管谐振腔的模式判别和测试装置，其特征在于，所述腔体盖板和塞块由无氧铜材料制成。3.如权利要求1所述的带状注速调管谐振腔的模式判别和测试装置，其特征在于，所述塞块到达...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鼎，李银星，张长青，罗积润，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11