一种同轴磁控管的锁频锁相及调配结构制造技术

本发明专利技术公开了一种同轴磁控管的锁频锁相及调配结构，包括中空金属桥以及设置与同轴磁控管的外腔上的多个输出结构；所述同轴磁控管的外导体壁上设置有耦合缝隙，每个所述耦合缝隙均连接一个输出结构，两个所述同轴磁控管的输出结构之间通过中空金属桥连接。本发明专利技术通过对多个同轴磁控管外壁上多开耦合隙缝并且通过中空金属桥将能量互相注入。由于之间完美的阻抗匹配，锁频锁相过程不损失能量，有利于大规模阵列的锁频锁相，应用前景非常广阔，具有开创新体制高功率微波源应用领域的潜质。锁频锁相后的高功率微波进一步进行功率合成，而且简单结构使得其加工容易且更能有效的减小装配误差，结构紧凑，防震性能较好。防震性能较好。防震性能较好。

【技术实现步骤摘要】
一种同轴磁控管的锁频锁相及调配结构


[0001]本专利技术属于真空电子器件中的微波功率源
，具体涉及一种同轴磁控管的锁频锁相及调配结构。

技术介绍

[0002]微波作为一种新型的能源在新材料制造、化工生产、垃圾处理等方面被广泛应用，随着国内产业结构的优化与发展，微波作为一种新型能源必将在更多的领域内得到应用，从而为我国的低能耗、低污染，促进经济的可持续发展和社会进步做出更多的贡献。
[0003]磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件，磁控管工作时，阴极和阳极之间加上几百伏到几十千伏的直流电压，同时必须把互作用空间安置在和管轴平行的均匀直流磁场中。所以磁控管工作时，互作用空间内直流电场和直流磁场相互垂直，管内阴极发射的电子与高频场发生相互作用，把从恒定电场中获得的能量转变成微波能量。由于磁控管的阳极是首尾相连的谐振腔，只能维持某些分立的频率的高频电磁场，称之为振荡模式。每一个模式有着特定的频率和相速。最重要且最常用的就是π模，即相邻两腔的相移为180
°
。磁控管的工作模式所对应的电场是驻波，随着阳极段上的高频电压振荡，在谐振腔间隙上的电场线来回振荡。驻波可以认为是两个方向相反的行波组成的，一个在磁控管中为顺时针旋转，另一个逆时针旋转。传统的磁控管结构包含圆筒形阴极、阳极块、能量输出器、外加磁钢和各种馈电引线等，具有高功率、高效率，结构紧凑的特点。鉴于磁控管具有效率高、体积小、成本低、工作可靠和使用方便等特点，其应用范围不仅仅局限于雷达、电子对抗、导弹等军用领域，同时也逐渐扩展至微波加热、微波生物医学、工业检测等民用领域中来。
[0004]磁控管按工作原理、结构特点可分为同轴磁控管、异腔磁控管等。通过长期的实践，普通结构磁控管在外耦合腔调谐磁控管的基础上逐步发成了一种新的模式控制原理，这种原理的阳极块结构由普通磁控中应用的扇形腔组成，这些谐振腔的圆柱形后壁与半径更大的同轴金属圆筒组成了一个同轴谐振腔(外腔)。阳极块使同轴腔的内导体，管子的外壁使同轴腔的外导体。在阳极块的一系列小腔的后壁上，每隔一个腔沿着轴向开有一条细长的隙缝，它们起着小腔与同轴腔耦合的作用。从互作用空间来看，整个谐振腔系统(内腔)应该谐振在π模式上；在同轴腔内，工作模式应该是TE011模式。一般来说，内腔占总体能量的10％，而外腔有着90％。同轴磁控管采用了与普通磁控管完全不同的模式控制方法，从而使效率和频率稳定性都获得了提高，很好地解决了它们之间的矛盾。与普通磁控管相比，同轴磁控管具有更高的输出功率、更好的频率稳定性、更高的效率和更长的工作寿命等优点。同轴磁控管，虽然造价比较高，但寿命和每小时的平均费用还是比较低的。目前，同轴磁控管的生产水平是，输出功率在S波段达3兆瓦、X波段达1.4兆瓦，然而当面对更高功率的应用场景时，单支同轴磁控管的输出功率也还是无法支撑需求。提高其输出功率，必将极大地扩宽同轴磁控管的应用范围。因为电压磁场的限制、阴极提供电流和系统整体的散热能力，单支同轴磁控管在其功率容量上存在输出上限，从而单支磁控管的输出功率已满足不了某些高功率场合下的使用需求。此时考虑利用多个同轴磁控管进行微波功率合成，是拓展磁控
管功率容量的有效手段。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的同轴磁控管的锁频锁相及调配结构解决了现有的磁控管结构功率容量低的问题。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种同轴磁控管的锁频锁相及调配结构，包括中空金属桥以及设置与同轴磁控管的外腔上的多个输出结构；
[0007]所述同轴磁控管的外导体壁上设置有耦合缝隙，每个所述耦合缝隙均连接一个输出结构，两个所述同轴磁控管的输出结构之间通过中空金属桥连接。
[0008]进一步地，所述耦合缝隙大小与中空金属桥尺寸根据所述锁频锁相及调配结构中同轴磁控管的数量设计；
[0009]每种同轴磁控管数量配置的锁频锁相及调配结构，均有对应的耦合缝隙大小及中空金属桥尺寸，所述耦合缝隙和中空金属桥的长度根据所述同轴磁控管耦合所需的耦合度以及交换能量的大小及工作频率决定。
[0010]上述进一步方案的有益效果为：通过中空金属桥连接各个磁控管，使得其形成一个整体，通过整体装配和工艺的实现，多个相互连接的磁控管形成一个模块，并且可根据此结构组成同轴磁控管的阵列，使得在组成阵列的场合极具开发的潜力以及价值。
[0011]进一步地，输出结构包括依次连接的阻抗变换器、输出窗片以及标准波导；
[0012]所述同轴磁控管的同轴谐振腔、耦合缝隙和输出结构之间导通，并与中空金属桥配合形成微波能量耦合通道。
[0013]上述进一步方案的有益效果为：具有多输出结构的同轴磁控管在工作时，其内外腔的能量占比不会因为有多个输出结构而发生显著变化，从而内腔在激励起π模式，同时外腔激励起TE011模式时，通过多开的耦合缝并且与之相连的中空金属桥，将能量注入到另外的同轴磁控管的外腔中，该信号有着一定频率和相位，会在被注入的同轴磁控管的外腔中激励起TE011模式，进而激励起内腔的π模式。
[0014]进一步地，所述中空金属桥包括外壁结构以及其内部的中空结构；
[0015]所述中空结构的两端与两个同轴磁控管的标准波导耦合。
[0016]进一步地，所述中空结构为哑铃状结构。
[0017]进一步地，所述中空金属桥的长度为波导波长的整数倍。
[0018]上述进一步方案的有益效果为：在两个同轴磁控管之间，能量注入过程是在多个同轴磁控管间互相发生的，而且在中空金属段中形成了驻波，因此从整体来看，同轴磁控管的总能量没有损失。
[0019]本专利技术的有益效果为：
[0020](1)本专利技术提出一种同轴磁控管的锁频锁相及调配结构，使得多个同轴磁控管的微波输出信号相干，它们输出的信号能够用于功率合成，这种结构使得大规模同轴磁控管的输出信号可以相干，相干功率之和随着磁控管的数量成线性的增加。
[0021](2)通过对多个同轴磁控管外壁上多开耦合隙缝并且通过中空金属桥将能量互相注入，由于之间完美的阻抗匹配，锁频锁相过程不损失能量，非常有利于大规模阵列的锁频锁相，使得该专利技术技术的应用前景非常广阔，具有开创新体制高功率微波源应用领域的潜
质。
[0022](3)基于本专利技术提供的结构，锁频锁相后的高功率微波进一步进行功率合成，而且简单结构使得其加工容易且更能有效的减小装配误差，结构紧凑，防震性能较好。同时这种结构可以用于大规模阵列的锁频锁相，有较高的生产价值。
[0023](4)本专利技术结构不用任何额外的外部器件，结构简单，整体性和一致性好，特别是易于加工，装配精度可以得到保证。
[0024](5)本专利技术结构采用全金属结构，其散热性好，具有功率容量高的优点。
附图说明
[0025]图1为本专利技术提供的24腔同轴磁控管的剖面图。
[0026]图2为本专利技术提供的中空金属桥的剖面图。
[0027]图3为本专利技术提供的两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同轴磁控管的锁频锁相及调配结构，其特征在于，包括中空金属桥以及设置与同轴磁控管的外腔上的多个输出结构；所述同轴磁控管的外导体(8)壁上设置有耦合缝隙(9)，每个所述耦合缝隙(9)均连接一个输出结构，两个所述同轴磁控管的输出结构之间通过中空金属桥连接。2.根据权利要求1所述的同轴磁控管的锁频锁相及调配结构，其特征在于，所述耦合缝隙(9)大小与中空金属桥尺寸根据所述锁频锁相及调配结构中同轴磁控管的数量设计；每种同轴磁控管数量配置的锁频锁相及调配结构，均有对应的耦合缝隙大小及中空金属桥尺寸，所述耦合缝隙(9)和中空金属桥的长度根据所述同轴磁控管耦合所需的耦合度以及交换能量的大小及工作频率决定。3.根据权利要求1所述的同轴磁控管的锁...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海龙，王彬，蒙林，殷勇，宋岷生，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：