[發明專利]一種用于相控陣雷達行波管的扁形多級降壓收集極

有效

• 申請號: 201310413601.0
• 申請日: 2013-09-12
• 公開（公告）號: CN103474313A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 寇建勇;張強;王嚴梅
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十二研究所
• 主分類號: H01J23/027
• 分類號: H01J23/027
• 代理公司: 工業和信息化部電子專利中心 11010
• 代理人: 李勤媛

技術領域

本發明屬于真空電子器件領域，特別涉及到一種用于相控陣雷達行波管的扁形多級降壓收集極。

背景技術

有源相控陣雷達對器件的體積提出了一定的要求，一般雷達天線只有一個輻射源，少數雷達有幾個輻射源，而有源相控陣雷達采用陣列式天線，有成百上千個輻射源，每一個輻射源后面（或前面）有一個精密移相器與其連接，每一個輻射源需要一個功放器件去激勵，假設采用行波管放大器，就需要排列成百上千的行波管，占據著相當大的空間體積。有源相控陣輻射源之間的距離不能大于輻射信號半波長，在一個方向上有若干個排列著的輻射源，輻射源在該方向上的尺寸要小于輻射信號的半波長。

在已有行波管研制中，處于行波管尾部的收集極，可以是一級或多級降壓收集極，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雷達系統，必須減小行波管收集極的尺寸，至少要在一個方向（高度或厚度）上減小尺寸，以保證其在構成一維陣列時可以滿足小于半波長的要求。由于受散熱能力的限制，收集極尺寸不能任意減小，也就是說要在保證散熱的條件下，盡可能將收集極尺寸減到信號半波長以下。

本發明對扁形電子注進行了研究，經過理論分析和實驗研究，尋求到一種能縮小多級降壓收集極尺寸的方法，達到多級降壓收集極在性能（包括收集極效率和電子回流率）不產生大變化的情況下，對其一維尺寸進行壓縮，從而解決行波管應用于有源相控陣時受限制的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對已有技術中，普通行波管的均勻圓柱筒狀多級降壓收集極是行波管體中橫向截面尺寸最大的部分，而有源相控陣雷達對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構。

本發明目的，是提供一種用于相控陣雷達行波管的扁形多級降壓收集極。這種相控陣雷達是指有源相控陣雷達。

為了實現本發明的目的，是采用以下的技術方案來完成的。

一種用于相控陣雷達行波管的扁形多級降壓收集極，它置于行波管總體結構的末端，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稱地設置兩個相同尺寸的凸起電極塊，它們所形成的靜電場使電子注的橫向截面被壓縮成扁形。

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度與要形成電子注扁的程度有關，即若要求電子注越扁，那么軸向凸起電極塊應做得越長；凸起電極塊的寬度一般是第一收集極入口內徑的三分之一到三分之二，凸起電極塊厚度對扁形電子注的形成基本沒有影響,只要保證不碰到管體即可，具體長度和寬度，要通過形成所需靜電場時的電磁仿真模擬結果來確定。

在第一收集極入口前端處伸出兩個凸起作為凸起電極塊，圖2a是原來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散的多級降壓收集極前部，形成一個電子透鏡，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計成扁形電極，減小了收集極一個方向的尺寸。從而達到在不減損收集極性能指標（即不減小效率和不增大返流）的情況下，把整個多級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和本申請的可行性。申請人做了實際實驗驗證，驗證表明，原來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%；通過沖壓等工藝將收集極改為橢圓后，橢圓長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%。可見本申請的實施確實能保證達到在不減損收集極性能指標。

利用圖3a、圖3b說明一下本發明的原理。本發明中，電子注在即將進入第一收集極前，在凸起電極塊前端位置的橫截面如圖3a所示（對應圖2b中的t1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力作用力，一個是空間電荷力Fρ，是使電子注向外發散的力；另一個是電場力F_E，此力在電極電子注所在區域是豎直方向，是阻止電子向外發散的力，并且這個力小于Fρ，其合力作用為減緩電子在豎直方向向外發散。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。