[發(fā)明專利]具有頻率連續(xù)調(diào)諧裝置的速調(diào)管腔體及其組裝方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610187040.0
• 申請日: 2016-03-29
• 公開（公告）號: CN105845530B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙鼎;王香君;于波;張志強
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電子學(xué)研究所
• 主分類號: H01J23/12
• 分類號: H01J23/12;H01J9/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微波及毫米波電真空器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有頻率連續(xù)調(diào)諧裝置的速調(diào)管腔體及其組裝方法。

背景技術(shù)

速調(diào)管是一種高功率、高增益和高效率的微波、毫米波放大器件，同時還具有工作穩(wěn)定可靠和長壽命的優(yōu)點，這使其在科學(xué)研究、國防建設(shè)和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。在20世紀(jì)40年代，由于軍用雷達技術(shù)發(fā)展的需要，速調(diào)管在理論和工程實現(xiàn)方面均取得了很大進展，與此同時，在高能物理研究領(lǐng)域，速調(diào)管開始用作推動電子直線加速器的功率源。從50年代早期開始，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，通過對速調(diào)管中非線性注波互作用過程的深入分析并發(fā)展出相應(yīng)的設(shè)計方法，使得器件的效率和功率不斷獲得優(yōu)化提高。目前，用于下一代直線加速器的X波段速調(diào)管峰值輸出功率已達75MW，用于熱核聚變裝置中等離子體低混雜波加熱的C波段速調(diào)管連續(xù)波輸出功率已達500kW。通過采用擴展互作用結(jié)構(gòu)，小型化速調(diào)管的工作頻率已逐步擴展到了毫米波、亞毫米波以及太赫茲頻段，并開始在各類移動通信和探測設(shè)備中獲得應(yīng)用。

在速調(diào)管中，由陰極發(fā)射的電子注受到諧振腔間隙電場的調(diào)制而出現(xiàn)速度變化，隨后，伴隨著注內(nèi)空間電荷波的影響轉(zhuǎn)化為密度調(diào)制，最終逐漸形成高度群聚的電子注，離散的電子束團通過激勵起輸出腔高頻電場向外界交出能量。這一復(fù)雜過程中，諧振腔的調(diào)諧狀態(tài)對整個互作用效率的影響十分關(guān)鍵，頻率失配的腔體將導(dǎo)致軸向速度異常零散的電子注，進而造成整管性能的顯著下降。隨著工作頻率的提高，速調(diào)管的相對帶寬變窄，為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，需要對腔體頻率進行調(diào)整，同時為克服在制造和工藝環(huán)節(jié)引入的結(jié)構(gòu)和裝配誤差，在熱測過程中也需要對腔體頻率進行精細的微調(diào)以使整管狀態(tài)達到最優(yōu)。因此，在對諧振腔頻率要求嚴格的場合中，通常需要在腔體外部設(shè)置專用的調(diào)諧機構(gòu)。

加拿大原子能公司(Atomic Energy of Canada Limited，AECL)的研究人員在1993年發(fā)表的論文(Design of a Tuner and Adjustable RF Coupler for a CW 2856MHz RF Cavity，M.S.de Jong，F(xiàn).P.Adams，R.J.Burton et al.，Proceedings of the 1993 Particle Accelerator Conference，vol.2，pp.829-831)中描述了一種用于S波段速調(diào)管諧振腔的機械調(diào)諧機構(gòu)，參考圖1。其腔體為中部開有漂移通道的扁平狀軸對稱圓柱形中空結(jié)構(gòu)，在腔體側(cè)壁11開孔并設(shè)置有調(diào)諧活塞12，調(diào)諧活塞12連桿內(nèi)部為套管結(jié)構(gòu)形成冷卻水通路，調(diào)諧機構(gòu)與腔體之間使用波紋管13密封。工作狀態(tài)下，在外部附加執(zhí)行器(如步進電機)推動調(diào)諧活塞動作從而實現(xiàn)對腔體頻率的精確調(diào)諧。

但上述技術(shù)方案具有下列技術(shù)缺陷，首先，上述加拿大AECL公司的方案中，調(diào)諧活塞的動作需要通過外部的執(zhí)行器來驅(qū)動，盡管調(diào)諧精度較高，但實際的速調(diào)管通常包含多個諧振腔，尤其是對于工作頻率較高的小尺寸速調(diào)管，器件外部容納執(zhí)行器的空間十分有限。此外，執(zhí)行器還需要額外的供電和控制設(shè)備輔助其正常工作，這增加了速調(diào)管作為基本器件單元的復(fù)雜性。因而，上述方案不適合在高頻段速調(diào)管中使用。其次，對調(diào)諧活塞的冷卻采用套管的形式，在小尺寸結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)起來難度較大，且水流量較小時冷卻效果有限。活塞調(diào)諧方式需要確保活塞與腔側(cè)壁的良好接觸，否則會出現(xiàn)間隙打火和微波泄露的問題。調(diào)諧活塞與腔體之間無法保證真空密封且易形成氣體殘留，必要時需外接真空排氣系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種具有頻率連續(xù)調(diào)諧裝置的速調(diào)管腔體及其組裝方法。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明的一種具有頻率連續(xù)調(diào)諧裝置的速調(diào)管腔體，包括：腔體組件21和與之對應(yīng)的調(diào)諧組件，所述腔體組件21可組成包含N個串列腔體的腔鏈，每個腔體均固定連接一調(diào)諧組件；其中，所述調(diào)諧組件包括：內(nèi)調(diào)諧桿組件、外調(diào)諧桿組件和支撐組件；所述內(nèi)調(diào)諧桿組件包括：相互連接的膜片31和內(nèi)調(diào)諧桿，所述內(nèi)調(diào)諧桿包括長螺桿34，所述膜片31與腔體密封連接；所述外調(diào)諧桿組件包括：外調(diào)諧桿41，外調(diào)諧桿內(nèi)壁與所述長螺桿34螺紋連接；所述支撐組件包括：支撐桿44、固定螺套46和限位筒49，支撐桿底端與腔體頂面固定連接，并支撐所述固定螺套46和限位筒49，固定螺套內(nèi)壁與外調(diào)諧桿外壁螺紋連接，所述限位筒49與固定螺套46限定外調(diào)諧桿旋動的行程范圍和路徑，以限定膜片的形變量。