高次模同軸輸出腔的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及微波電真空器件的特殊部件，尤其涉及一種用于多注速調(diào)管的可單模 工作的高次模同軸輸出腔。
【背景技術】
[0002] 作為微波功率源，高峰值功率速調(diào)管在高能物理領域有著重要的應用價值，高能 加速器、對撞機、自由電子激光器等大型科學實驗裝置向緊湊型、高加速梯度方向的進一步 發(fā)展對高頻段高功率速調(diào)管提出了需求。
[0003] 傳統(tǒng)的速調(diào)管采用工作在基模的諧振腔，由于工作頻率與腔體體積成反比，因而 隨著工作頻率的提高，其腔體體積會越來越小。速調(diào)管腔體體積變小使功率容量降低，這 一點對于輸出腔尤為明顯，群聚電子注會在輸出腔激勵起極強的感應電場，強電場容易造 成腔體間隙的高頻擊穿，進而引起束流崩潰，使速調(diào)管輸出功率大幅下降甚至無法工作。此 外，較小的腔體體積無法提供足夠的注-波互作用空間，限制了大陰極的使用，進而影響速 調(diào)管的輸出功率水平。
[0004] 為了解決上述問題，采用同軸諧振腔，并使腔體工作在高次橫磁TMnltl模式，以η個 或2η個電子注進行注-波互作用，由于同樣的腔體體積下高次模式工作頻率遠高于基模， 因而高次模諧振腔可以使速調(diào)管在工作于高頻段時仍具有較大的腔體體積，可以有效避免 高頻擊穿，并可為大陰極的采用提供足夠的空間，可以大幅提高速調(diào)管功率容量。另外，由 于同軸腔為環(huán)形結構，可以在其空心部分放置雜模抑制裝置，從而減小系統(tǒng)體積。
[0005] 但是，由于速調(diào)管是基于電子注速度調(diào)制原理的微波器件，經(jīng)過調(diào)制的電子注在 到達輸出腔時，含有豐富的諧波分量，在輸出腔模式間隔較小的情況下，電子注容易激起非 工作模式，使速調(diào)管無法正常工作。對于高次模諧振腔來說，由于工作模式兩側均有諸多非 工作模式存在，因而其雜模震蕩問題更為突出。此前，對速調(diào)管中的雜模抑制多采用通過耦 合孔在輸出腔外耦合一個圓柱吸收腔的技術，這種技術的主要缺點是只能對特定震蕩模式 進行吸收抑制，并且對工作模式有一定的衰減。此外，由于速調(diào)管雜模震蕩頻率是無法提前 明確的，采用這種方法，只能在震蕩問題出現(xiàn)之后再采取相應措施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明鑒于上述問題而作，目的在于提供一種可單模工作的多注速調(diào)管高次模同 軸輸出腔，所采用的高次模同軸諧振腔，具有高功率容量和高工作頻率的優(yōu)點，所采用的雜 模抑制裝置，對任何可能激起的非工作模式均具有衰減作用，并同時不對工作模式造成影 響，使同軸諧振腔能夠在高次工作模式穩(wěn)定運行，從而大幅提高多注速調(diào)管在高頻段的功 率水平。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種可單模工作的高次模同軸輸出腔，用于 多注速調(diào)管，所述高次模同軸輸出腔的特征在于，所述高次模同軸輸出腔包括高次模同軸 諧振腔、雜模抑制裝置以及輸出波導，所述雜模抑制裝置包括：衰減腔，其中置有微波吸收 材料；徑向波導，使所述高次模同軸諧振腔中的包括工作模式在內(nèi)的所有模式向外傳輸，并 且使除所述工作模式之外的其余模式即非工作模式傳輸進入所述衰減腔；以及扼流波導， 其在與所述徑向波導的連接處對所述工作模式形成等效短路，從而將所述工作模式限制在 所述高次模同軸諧振腔內(nèi)，使所述工作模式不能傳輸進入所述衰減腔。
[0008] 其次，在本發(fā)明的高次模同軸輸出腔中，優(yōu)選所述高次模同軸諧振腔包括諧振腔 體、諧振腔蓋以及漂移管，所述雜模抑制裝置通過形成于所述諧振腔體的內(nèi)壁的耦合槽與 所述諧振腔體連接，所述輸出波導通過形成于所述諧振腔體的外壁的耦合孔與所述諧振腔 體連接。
[0009] 其次，在本發(fā)明的高次模同軸輸出腔中，優(yōu)選所述徑向波導的一端與所述諧振腔 體的內(nèi)壁連接，另一端與所述衰減腔連接，所述扼流波導與所述徑向波導垂直連接，處于所 述衰減腔與所述諧振腔體之間的特定位置。
[0010] 其次，在本發(fā)明的高次模同軸輸出腔中，優(yōu)選所述扼流波導的窄邊中心線與所述 諧振腔體的內(nèi)徑之間的距離為λ gl/4的奇數(shù)倍，所述扼流波導的末端面與所述徑向波導的 窄邊中心線之間的距離為λ g2/4的奇數(shù)倍，其中Agl和Ag2分別為所述工作模式在所述徑 向波導和所述扼流波導內(nèi)的波導波長。
[0011] 其次，在本發(fā)明的高次模同軸輸出腔中，優(yōu)選所述高次模同軸諧振腔工作在TMnui 模式，所述漂移管有2n對，角向均勻分布，位于電場最強的區(qū)域，其中n=l、2、3……，所述輸 出波導的寬邊中心線垂直平分所述耦合孔附近周向相鄰的兩個漂移管中心的連接線。
[0012] 其次，在本發(fā)明的高次模同軸輸出腔中，優(yōu)選所述高次模同軸諧振腔工作在TMnui 模式，所述漂移管有η對，角向均勻分布，位于電場最強的區(qū)域，其中n=2、3、4……，所述輸 出波導的寬邊中心線垂直平分所述耦合孔附近周向相鄰的兩個漂移管中心的連接線。
[0013] 其次，在本發(fā)明的高次模同軸輸出腔中，優(yōu)選所述諧振腔體、所述漂移管、所述輸 出波導、所述徑向波導、所述扼流波導以及所述衰減腔由無氧銅構成，所述微波吸收材料為 SiC衰減材料，所述徑向波導的一端通過高溫釬焊與所述諧振腔體的內(nèi)壁連接，另一端通過 高溫釬焊與所述衰減腔連接，所述扼流波導通過高溫釬焊與所述徑向波導垂直連接，所述 輸出波導通過高溫釬焊而焊接在所述諧振腔體的外壁上，所述漂移管通過高溫釬焊而焊接 在所述諧振腔體及所述諧振腔蓋上；所述諧振腔蓋與所述諧振腔體通過高溫釬焊而焊接為 一體。
[0014] 其次，在本發(fā)明的高次模同軸輸出腔中，優(yōu)選在功率水平較高的情況下，所述輸出 波導有多個，并且關于所述高次模同軸諧振腔的腔體軸線對稱排列。
[0015] 其次，在本發(fā)明的高次模同軸輸出腔中，優(yōu)選所述微波吸收材料構成為形狀與所 述衰減腔相同的整體結構，嵌入所述衰減腔內(nèi)。
[0016] 其次，在本發(fā)明的高次模同軸輸出腔中，優(yōu)選所述微波吸收材料為SiC衰減材料， 其相對介電常數(shù)在20~25范圍內(nèi)，損耗正切在0. 6~0. 8范圍內(nèi)。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的多注速調(diào)管高次模同軸輸出腔，能夠對所有非工作模式震蕩進行抑 制的同時對工作模式不造成影響，提高速調(diào)管在高頻段的功率輸出水平。并且能夠使多注 速調(diào)管穩(wěn)定工作于高次模式，使多注速調(diào)管在高頻段能獲得較高的輸出功率。
【附圖說明】
[0018] 通過參考以下組合附圖對所采用的優(yōu)選實施方式的詳細描述，本發(fā)明的上述目 的、優(yōu)點和特征將變得更顯而易見，其中：
[0019] 圖1是實施例所涉及的可單模工作的多注速調(diào)管高次模同軸輸出腔的示意圖。
[0020] 圖2是實施例所涉及的可單模工作的多注速調(diào)管高次模同軸輸出腔的構成示意 圖。
[0021] 圖3是實施例所涉及的雜模抑制裝置的示意圖。
[0022] 圖4是圖3所述的雜模抑制裝置的剖視圖。
[0023] 符號說明
[0024] 1…諧振腔體
[0025] 2…諧振腔蓋
[0026] 3…漂移管