一種用于相控陣?yán)走_(dá)行波管的扁形多級(jí)降壓收集極的制作方法
【專利摘要】一種用于相控陣?yán)走_(dá)行波管的扁形多級(jí)降壓收集極，屬于真空電子器件領(lǐng)域，它置于行波管總體結(jié)構(gòu)的末端，在高頻輸出部件之后位置處；在第一收集極入口前端處對(duì)稱地設(shè)置兩個(gè)相同尺寸的凸起電極塊，它們所形成的靜電場(chǎng)使電子注的橫向截面被壓縮成扁形。該多級(jí)降壓收集極在不影響對(duì)電子注收集性能的情況下，可以減小多級(jí)降壓收集極的一個(gè)橫向尺寸，從而減小行波管的高度或厚度，使行波管可用于有源相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)，或者減小采用行波管的微波功率模塊（MPM）高度。
【專利說(shuō)明】一種用于相控陣?yán)走_(dá)行波管的扁形多級(jí)降壓收集極
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于真空電子器件領(lǐng)域，特別涉及到一種用于相控陣?yán)走_(dá)行波管的扁形多級(jí)降壓收集極。
【背景技術(shù)】
[0002]有源相控陣?yán)走_(dá)對(duì)器件的體積提出了一定的要求，一般雷達(dá)天線只有一個(gè)輻射源，少數(shù)雷達(dá)有幾個(gè)輻射源，而有源相控陣?yán)走_(dá)采用陣列式天線，有成百上千個(gè)輻射源，每一個(gè)輻射源后面(或前面)有一個(gè)精密移相器與其連接，每一個(gè)輻射源需要一個(gè)功放器件去激勵(lì)，假設(shè)采用行波管放大器，就需要排列成百上千的行波管，占據(jù)著相當(dāng)大的空間體積。有源相控陣輻射源之間的距離不能大于輻射信號(hào)半波長(zhǎng)，在一個(gè)方向上有若干個(gè)排列著的輻射源，輻射源在該方向上的尺寸要小于輻射信號(hào)的半波長(zhǎng)。
[0003]在已有行波管研制中，處于行波管尾部的收集極，可以是一級(jí)或多級(jí)降壓收集極，是行波管中徑向尺寸最大的部件。如圖1所示。所以要想將行波管用于有源相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)，必須減小行波管收集極的尺寸，至少要在一個(gè)方向(高度或厚度)上減小尺寸，以保證其在構(gòu)成一維陣列時(shí)可以滿足小于半波長(zhǎng)的要求。由于受散熱能力的限制，收集極尺寸不能任意減小，也就是說(shuō)要在保證散熱的條件下，盡可能將收集極尺寸減到信號(hào)半波長(zhǎng)以下。
[0004]本發(fā)明對(duì)扁形電子注進(jìn)行了研究，經(jīng)過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，尋求到一種能縮小多級(jí)降壓收集極尺寸的方法，達(dá)到多級(jí)降壓收集極在性能(包括收集極效率和電子回流率)不產(chǎn)生大變化的情況下，對(duì)其一維尺寸進(jìn)行壓縮，從而解決行波管應(yīng)用于有源相控陣時(shí)受限制的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)已有技術(shù)中，普通行波管的均勻圓柱筒狀多級(jí)降壓收集極是行波管體中橫向截面尺寸最大的部分，而有源相控陣?yán)走_(dá)對(duì)微波輻射源之間的尺寸提出了限制要求；為了克服這一矛盾之處，就要重新考慮一種使行波管一維橫向尺寸盡量減小，以滿足尺寸限制的要求，故將行波管均勻圓柱筒狀降壓收集極尺寸壓縮成扁形結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明目的，是提供一種用于相控陣?yán)走_(dá)行波管的扁形多級(jí)降壓收集極。這種相控陣?yán)走_(dá)是指有源相控陣?yán)走_(dá)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，是采用以下的技術(shù)方案來(lái)完成的。
[0008]一種用于相控陣?yán)走_(dá)行波管的扁形多級(jí)降壓收集極，它置于行波管總體結(jié)構(gòu)的末端，在高頻輸出部件之后位置處；其特征在于，在第一收集極入口前端處對(duì)稱地設(shè)置兩個(gè)相同尺寸的凸起電極塊，它們所形成的靜電場(chǎng)使電子注的橫向截面被壓縮成扁形。
[0009]所述凸起電極塊與第一收集極入口前端處焊接固定，軸向的凸起電極塊長(zhǎng)度與要形成電子注扁的程度有關(guān)，即若要求電子注越扁，那么軸向凸起電極塊應(yīng)做得越長(zhǎng)；凸起電極塊的寬度一般是第一收集極入口內(nèi)徑的三分之一到三分之二，凸起電極塊厚度對(duì)扁形電子注的形成基本沒(méi)有影響，只要保證不碰到管體即可，具體長(zhǎng)度和寬度，要通過(guò)形成所需靜電場(chǎng)時(shí)的電磁仿真模擬結(jié)果來(lái)確定。
[0010]在第一收集極入口前端處伸出兩個(gè)凸起作為凸起電極塊，圖2a是原來(lái)未加凸起電極塊的電極截面圖，圖2b是加上凸起電極塊后的截面圖。凸起電極塊可以通過(guò)釬焊工藝焊接到第一收集極入口前端，凸起電極塊與焊接的電極(即第一收集電極)等電位。就在電子注尚未完全發(fā)散的多級(jí)降壓收集極前部，形成一個(gè)電子透鏡，把電子注約束成扁形，從而可按照扁形電子注的要求，將后面的收集電極設(shè)計(jì)成扁形電極，減小了收集極一個(gè)方向的尺寸。從而達(dá)到在不減損收集極性能指標(biāo)(即不減小效率和不增大返流)的情況下，把整個(gè)多級(jí)降壓收集極做成扁形的目的。為了證明不減損收集極性能指標(biāo)和本申請(qǐng)的可行性。 申請(qǐng)人:做了實(shí)際實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證表明，原來(lái)行波管收集極為圓形，最大直徑是25mm，行波管總效率是45%，電子效率20%，螺旋線電流是1.5mA,收集極效率約71% ;通過(guò)沖壓等工藝將收集極改為橢圓后，橢圓長(zhǎng)38，橢圓寬16，行波管總效率仍是45%，電子效率不變20%，螺旋線電流為是1.35mA,收集極效率仍為約71%?？梢?jiàn)本申請(qǐng)的實(shí)施確實(shí)能保證達(dá)到在不減損收集極性能指標(biāo)。
[0011]利用圖3a、圖3b說(shuō)明一下本發(fā)明的原理。本發(fā)明中，電子注在即將進(jìn)入第一收集極前，在凸起電極塊前端位置的橫截面如圖3a所示(對(duì)應(yīng)圖2b中的tl位置，t2為凸起電極的后端位置)，由于凸起電極與第一收集極相連，與其等電位，并且其電位低于管體電位。電子注主要受到兩個(gè)力作用力，一個(gè)是空間電荷力Fp，是使電子注向外發(fā)散的力；另一個(gè)是電場(chǎng)力Fe，此力在電極電子注所在區(qū)域是豎直方向，是阻止電子向外發(fā)散的力，并且這個(gè)力小于Fp，其合力作用為減緩電子在豎直方向向外發(fā)散。這樣在凸起電極的后端位置電子注的截面就變成圖3b所示。
[0012]本發(fā)明的有益效果是，不影響多級(jí)降壓收集極性能的情況下可以減小多級(jí)降壓收集極的某一個(gè)橫向尺寸，從而減小行波管的高度或厚度。這樣就可以使行波管用于有源相控陣?yán)走_(dá)，或者對(duì)行波管的高度有一定限制的場(chǎng)合，如在衛(wèi)星或空間站中，對(duì)行波管的高度(厚度)或?qū)挾扔幸欢ㄏ拗?，或要求減小行波管微波功率模塊(MPM)高度的地方。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1傳統(tǒng)行波管結(jié)構(gòu)和各部分位置關(guān)系示意圖；
[0014]圖2a是原多級(jí)降壓收集極電極縱向截面示意圖；
[0015]圖2b是加凸起電極塊后的多級(jí)降壓收集極電極縱向截面示意圖；
[0016]圖3a是本申請(qǐng)中的電子注受力示意圖；
[0017]圖3b是本申請(qǐng)中的電子注變形示意圖。
[0018]圖4是行波管實(shí)施了本發(fā)明申請(qǐng)后的輪廓示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]參照?qǐng)D1，表不傳統(tǒng)行波管結(jié)構(gòu)和各部分位置關(guān)系不意圖；圖中I為電子槍，它連接著輸入端口 2及慢波結(jié)構(gòu)3，其外圍是磁聚焦結(jié)構(gòu)4，后面連接著輸出端口 5，末端為多級(jí)降壓收集極6，該多級(jí)降壓收集極尺寸是行波管外形中最大的部分。
[0020]參照?qǐng)D2a、圖2b，為原多級(jí)降壓收集極電極縱向截面示意圖，以及增加凸起電極塊后的多級(jí)降壓收集極電極縱向截面示意圖，圖中ti為凸起電極塊前端位置軸向位置，t2為凸起電極的后端位置。圖中6-1是第一收集電極，6-2是第二收集電極，6-3是第三收集電極，6-4是第四收集電極，8是兩個(gè)對(duì)稱的凸起電極塊。
[0021]參照?qǐng)D3a,是本申請(qǐng)中的電子注受力示意圖，圖3b本申請(qǐng)中的電子注變形示意圖；圖中7為管殼，8為凸起電極塊，9為電子注。未采用這種多級(jí)降壓收集極的試驗(yàn)管在某一頻率點(diǎn)所測(cè)到的效率是64.56%，回流是0.52%。采用這種扁形多級(jí)降壓收集極的試驗(yàn)管收集極高度減為原來(lái)的三分之二 (扁形收集極)，多級(jí)降壓收集極寬度進(jìn)行一定相應(yīng)的增力口(為原來(lái)的1.3倍)，所測(cè)效率為64.42%，回流率為0.13%。
[0022]圖4是行波管實(shí)施了本發(fā)明申請(qǐng)后的輪廓示意圖，可以看到，多級(jí)降壓收集極的一個(gè)方向上的尺寸變化，即在寬度方向多級(jí)降壓收集極變?yōu)樵瓉?lái)的三分之二，(W)為原寬度值，高度方向收集極變?yōu)樵瓉?lái)的1.3倍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于相控陣?yán)走_(dá)行波管的扁形多級(jí)降壓收集極，它置于行波管總體結(jié)構(gòu)的末端，在高頻輸出部件之后位置處；其特征在于，在第一收集極入口前端處對(duì)稱地設(shè)置兩個(gè)相同尺寸的凸起電極塊，該凸起電極塊與第一收集極焊接固定在其入口前端處，它們所形成的靜電場(chǎng)使電子注的橫向截面被壓縮成扁形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述行波管的扁形多級(jí)降壓收集極，其特征在于，所述凸起電極塊的軸向長(zhǎng)度與要形成電子注扁的程度有關(guān)，凸起電極塊的寬度是第一收集極入口內(nèi)徑的三分之一到三分之二，凸起電極塊厚度對(duì)扁形電子注的形成沒(méi)有影響，具體長(zhǎng)度和寬度，要通過(guò)形成所需靜電場(chǎng)時(shí)的電磁仿真模擬結(jié)果來(lái)確定。
【文檔編號(hào)】H01J23/027GK103474313SQ201310413601
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】寇建勇, 張強(qiáng), 王嚴(yán)梅 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十二研究所