[發明專利]一種大功率回旋管收集級

在審

• 申請號: 201810095659.8
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108400078A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 王迪;鄢然;羅勇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01J23/027
• 分類號: H01J23/027;H01J23/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 陳一鑫

該發明公開了一種大功率回旋管收集級，屬于微波毫米波大功率技術領域，涉及大功率回旋器件，是一種用于大功率回旋管的新式收集級結構。該收集級包括圓筒形內壁和設置于內壁外側的多片散熱片，其特征在于各散熱片為螺旋結構，并圍繞于內壁的外側，相鄰散熱片之間的縫隙為螺旋式冷卻液通道。所述螺旋式冷卻液通道的底部為波紋結構。通過特殊結構收集級的設計，使液冷效率極大提高，降低了收集級和液冷溫度，從而提高收集級單位面積功率密度由0.38kw/cm²到1.65kw/cm²，滿足了更高功率回旋器件的收集要求，且體積更小。

技術領域

本發明屬于微波毫米波大功率技術領域，涉及大功率回旋器件，是一種用于大功率回旋管的新式收集級結構。

背景技術

回旋器件作為毫米波段大功率源的首選，放大器件功率容量已達到百kW量級，振蕩器件功率容量甚至達到了M瓦量級，在高分辨率成像雷達、電子對抗、保密衛星通信等方面有著很廣闊的應用前景。其中，收集級作為有效收集注波互作用后剩余電子注的部件，其設計是保障高功率輸出的關鍵環節。然而，由于收集級單位面積功率容量的限制，當回旋器件平均功率越高，注波互作用后剩余的電子注越多，收集級單位面積功率密度提高，導致收集級工作溫度過高，使得回旋器件真空度下降，在強電場區有可能出現擊穿打火現象。若進一步提高功率容量，內表面溫度達到收集材料熔點，收集級甚至有可能被燒毀，導致回旋器件無法正常工作。所以我們需要設計一種新式收集級結構，用于單位面積高功率密度的收集。電子科技大學蔣偉，鄢然等人2015年在《IEEE Vacuum Electronics Conference》會議的Design of Curved Collector for Q Band Gyro-TWT中提出一種曲線收集級，用于收集功率密度為0.38kw/cm²，該收集級用于Q波段的回旋行波管，收集級工作溫度控制在142℃,效果良好,但該結構在收集更高功率密度時會出現因溫度過高而產生打火的現象。

發明內容

本發明提出了一種新式的收集級結構，能正常工作于更高功率的回旋器件。

本發明的技術方案為：

分析影響收集級溫度和液冷溫度的因素，通過材料選擇和特殊結構的設計，降低收集級和液冷最高溫，從而起到提升單位面積功率密度容量的目的。材料選擇高導熱率的無氧銅，結構由原來的直槽微通道優化為螺旋波紋微通道，螺旋結構能有效改善角向溫度不均勻性，波紋結構能有效破壞徑向層流性，提高液冷的利用率。從而讓液冷散熱效果變好，降低收集級和液冷溫度，提高了單位面積功率密度。因此本發明的技術方案為：一種大功率回旋管收集級，該收集級包括圓筒形內壁和設置于內壁外側的多片散熱片，其特征在于各散熱片為螺旋結構，并圍繞于內壁的外側，相鄰散熱片之間的縫隙為螺旋式冷卻液通道。

進一步的，所述圓筒形內壁的內徑15mm，長度為50mm，壁厚1.5mm，，冷卻液通道深7.5mm。

進一步的，所述螺旋式冷卻液通道的底部(即圓筒形內壁的外側)為波紋結構。

進一步的，所述收集級包括48片散熱片，每片散熱片的螺旋角度為360度。綜合了冷卻液通道的溫度、壓力、流速、流量選擇該48片散熱片和螺旋角度為360度散熱效果最好。

進一步的，所述螺旋式冷卻液通道的底部的波紋結構為正弦波。冷卻液在正弦波的通道中流動式更好的破壞了水的層流行。

本發明的優點是：通過特殊結構收集級的設計，使液冷效率極大提高，降低了收集級和液冷溫度，從而提高收集級單位面積功率密度由0.38kw/cm²到1.65kw/cm²，滿足了更高功率回旋器件的收集要求，且體積更小。

附圖說明

圖1為收集級和液冷最高溫度與熱傳導系數的關系。

圖2為收集級和液冷最高溫度與液冷流速的關系。