專利名稱：回旋擴展互作用速調(diào)管放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高功率微波、毫米波源技術。
背景技術：
回旋速調(diào)管放大器具有高功率、高效率、工作穩(wěn)定、一定帶寬、適合毫米波波段工作等特點，在軍事上有誘人的應用前景。傳統(tǒng)回旋速調(diào)管的互作用高頻結(jié)構是由多個(至少兩個)彼此分離的諧振腔(第一腔為輸入腔，最后一腔為輸出腔)組成，其間有供電子注通過而對工作模式截止的漂移管。其工作原理是通過電子光學系統(tǒng)產(chǎn)生回旋電子束，回旋電子束與諧振腔中的電磁場作用，由于相對論質(zhì)量效應而產(chǎn)生角向群聚，進而實現(xiàn)橫向換能，使輸入的微波、毫米波信號得到放大，最后由輸出腔輸出。 由于回旋速調(diào)管是微波、毫米波放大器，其輸出頻率必須與輸入頻率一致，因此回旋電子束在各諧振腔中不能產(chǎn)生自激振蕩，自激振蕩將導致輸出頻率與自激振蕩的頻率(也就是諧振腔的諧振頻率)相同，無法實現(xiàn)輸入信號放大。由于漂移段對工作模式截止，各諧振腔中又不能產(chǎn)生自激振蕩，因而在每個諧振腔中回旋電子束能激發(fā)形成的電磁場的強度有限?；匦娮邮纬山窍蛉壕鄣哪芰εc電磁場的強度成正比，因而每個諧振腔中能形成角向群聚的能力也有限，導致每個諧振腔能提供的增益也有限，只有當形成了較強角向群聚后才能獲得激發(fā)獲得強電磁場。理論研究結(jié)果表明，除了輸出腔以外的每個諧振腔能提供的增益不超過18dB (T. M. Tran, B. G. Danly, K. E. Kreischer, J.B. Schutkeker, and R. J. Temkin. Optimization of gyroklystron efficiency. Physics ofFluids, 29(4)，1986:1274-1281),如兩腔回旋速調(diào)管放大器最大增益不超過18dB，三腔回旋速調(diào)管放大器最大增益不超過36dB。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種具有較高增益性能的回旋擴展互作用速調(diào)管放大器。本發(fā)明解決所述技術問題采用的技術方案是，回旋擴展互作用速調(diào)管放大器，包括輸入腔和輸出腔，其特征在于，輸入腔和輸出腔之間徑向設置有擴展隔離段，所述擴展隔離段上設置有擴展孔和漂移段；擴展孔和漂移段皆為通孔，擴展孔為扇形孔，漂移段為圓形孔，擴展孔的內(nèi)半徑大于漂移段的半徑，擴展孔與漂移段相平行。進一步的，所述擴展隔離段至少為兩個，相鄰兩個擴展隔離段之間為群聚腔。輸入腔、輸出腔和漂移段為共軸。本發(fā)明采用擴展孔將傳統(tǒng)回旋速調(diào)管中的每個諧振腔相連接，并且電磁場可以通過擴展孔傳輸。其優(yōu)點是可以將輸出腔中形成強電磁場通過擴展孔傳輸至其它諧振腔，使其它諧振腔在不產(chǎn)生自激振蕩的情況下獲得強電磁場，而諧振腔中的強電磁場將提高諧振腔中回旋電子束形成角向群聚的能力，提高每個諧振腔能提供的增益，因而兩腔回旋擴展互作用速調(diào)管放大器最大增益可大于18dB(可高達30dB)，三腔回旋速調(diào)管最大增益可大于36dB(可高達60dB)。


圖I為回旋擴展互作用速調(diào)管高頻結(jié)構示意圖。圖中，I電子束通道，2輸入腔，3第一漂移段，4群聚腔，5第二漂移段，6輸出腔，7輸出漸變波導，8輸出均勻波導，9第一擴展孔，10第二擴展孔。圖2為圖I沿A-A方向截面示意圖。
具體實施例方式如圖I所示，回旋擴展互作用速調(diào)管由電子束通道I，輸入腔2，第一漂移段3，群聚腔4，第二漂移段5，輸出腔6，輸出漸變波導7，輸出均勻波導8，第一擴展孔9，第二擴展孔10多部分構成，電子束通道I與輸入腔2連接，輸入腔2與第一漂移段3連接，第一漂移段 3與群聚腔4連接，群聚腔4與第二漂移段5連接，第二漂移段5與輸出腔6連接，輸出腔6與輸出漸變波導7連接，輸出漸變波導7與輸出均勻波導8連接，輸入腔2右側(cè)波導壁與群聚腔4左側(cè)波導壁通過第一擴展孔9導通，群聚腔4右側(cè)波導壁與輸出腔6左側(cè)波導壁通過第二擴展孔10導通。其中，根據(jù)實際需要群聚腔可以為零個或多個，在腔與腔之間的擴展孔可以為一個或多個?？梢酝ㄟ^下述方式確定各部分尺寸根據(jù)回旋擴展互作用速調(diào)管的性能要求選取工作模式，針對該模式計算輸入腔2，群聚腔4與輸出腔6的半徑與長度。根據(jù)輸入腔2，群聚腔4與輸出腔6的半徑設置第一漂移段3與第二漂移段5的半徑使工作模式在第一漂移段3與第二漂移段5中截止。根據(jù)輸入腔2與群聚腔4的半徑設置第一擴展孔9的外半徑，根據(jù)群聚腔4與輸出腔6的半徑設置第一擴展孔10的外半徑，根據(jù)第一漂移段3的半徑設置第一擴展孔9的內(nèi)半徑，根據(jù)第二漂移段5的半徑設置第二擴展孔10的內(nèi)半徑，根據(jù)電磁場強度的擴展需要設置第一擴展孔9與第二擴展孔10的弧度。更具體的實施例選取工作模式TE02，輸入腔的半徑為2. 4mm,長度為8mm，諧振頻率140. 02GHz ;群聚腔的半徑為2. 417mm,長度為9mm，諧振頻率139. 04GHz ;輸出腔的半徑為2. 394mm,長度為9. 7mm,諧振頻率140. 37GHz ;第一漂移段的半徑I. 85mm,長度34. 5mm ;第二漂移段的半徑I. 85mm,長度20mm ;第一擴展孔內(nèi)半徑2mm,外半徑2. 2mm,弧度120度；第二擴展孔內(nèi)半徑2mm，外半徑2. 2mm，弧度120度；工作磁場5. 14Tesla，電流15A，電壓60kV，電子橫向速度和縱向速度比為I. 5。測試結(jié)果表明，所設計的回旋擴展互作用速調(diào)管在IOmW輸入時，可獲得53dB增益。本發(fā)明與傳統(tǒng)回旋速調(diào)管的優(yōu)點是輸入腔、群聚腔和輸出腔通過擴展孔連接，可以將輸出腔中形成強電磁場通過擴展孔傳輸至其它諧振腔，使其它諧振腔在不產(chǎn)生自激振蕩的情況下獲得強電磁場，而諧振腔中的強電磁場將提高諧振腔中回旋電子束形成角向群聚的能力，提高每個諧振腔能提供的增益。與傳統(tǒng)回旋速調(diào)管放大器相比可以實現(xiàn)在相同諧振腔個數(shù)時增益的提高，或可以采用較少的諧振腔個數(shù)實現(xiàn)相同大小的增益。
權利要求
1.回旋擴展互作用速調(diào)管放大器，包括輸入腔(2)和輸出腔(6)，其特征在于，輸入腔(2)和輸出腔(6)之間徑向設置有擴展隔離段，所述擴展隔離段上設置有擴展孔和漂移段；擴展孔和漂移段皆為通孔，擴展孔為扇形孔，漂移段為圓形孔，擴展孔的內(nèi)半徑大于漂移段的半徑，擴展孔與漂移段相平行。
2.如權利要求I所述的回旋擴展互作用速調(diào)管放大器，其特征在于，所述擴展隔離段至少為兩個，相鄰兩個擴展隔離段之間為群聚腔。
3.如權利要求I所述的回旋擴展互作用速調(diào)管放大器，其特征在于，輸入腔(2)、輸出腔(6)和漂移段為共軸。
4.如權利要求2所述的回旋擴展互作用速調(diào)管放大器，其特征在于，所述擴展隔離段為兩個；輸入腔的半徑為2. 4mm,長度為8mm ;群聚腔的半徑為2. 417mm,長度為9mm ;輸出腔的半徑為2. 394mm，長度為9. 7mm ;第一擴展隔離段上的第一漂移段(3)的半徑I. 85mm，長度34. 5mm ;第一擴展孔(9)的內(nèi)半徑2mm，外半徑2. 2mm，弧度120度；第二擴展隔離段上的第二漂移段(5)的半徑I. 85mm,長度20mm ;第二擴展孔(10)內(nèi)半徑2mm,外半徑2. 2mm,弧度120 度。
全文摘要
回旋擴展互作用速調(diào)管放大器，涉及高功率微波、毫米波源技術。本發(fā)明包括輸入腔和輸出腔，其特征在于，輸入腔和輸出腔之間徑向設置有擴展隔離段，所述擴展隔離段上設置有擴展孔和漂移段；擴展孔和漂移段皆為通孔，擴展孔為扇形孔，漂移段為圓形孔，擴展孔的內(nèi)半徑大于漂移段的半徑，擴展孔與漂移段相平行。本發(fā)明可以將輸出腔中形成強電磁場通過擴展孔傳輸至其它諧振腔，使其它諧振腔在不產(chǎn)生自激振蕩的情況下獲得強電磁場，而諧振腔中的強電磁場將提高諧振腔中回旋電子束形成角向群聚的能力，提高每個諧振腔能提供的增益。
文檔編號H01J25/11GK102709138SQ20121014805
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權日2012年5月14日
發(fā)明者傅文杰, 劉盛綱, 鄢揚 申請人:電子科技大學