[發明專利]一種四腔高功率輸出TE01模式的回旋速調管高頻結構

有效

• 申請號: 202210151748.6
• 申請日: 2022-02-18
• 公開（公告）號: CN114664615B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 羅攀達;王麗;蔣豪;任茂仁
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01J23/36
• 分類號: H01J23/36;H01J23/38;H01J25/10
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 陳一鑫

該發明公開了一種四腔高功率輸出TE01模式的回旋速調管高頻結構，屬于毫米波器件技術領域，在Q頻段利用TE01模式構建了四個諧振腔工作的回旋速調管高頻結構，可以應用于高次諧波下的線性化器件中，同時對TE01模式的功率容量限制進行探索。主要是在回旋速調管中利用TE01模式進行注波互作用，同時四個諧振腔包括輸入腔、第一群聚腔、第二群聚腔和輸出腔，工作頻率為47GHz，該頻段研究還較少，可用在直線加速器上，也對于兆瓦級回旋速調管的研究提供參考。

技術領域

本發明屬于毫米波器件技術領域，在Q頻段利用TE01模式構建了四個諧振腔工作的回旋速調管高頻結構，可以應用于高次諧波下的線性化器件中，同時也對于兆瓦級回旋速調管的研究提供參考。

背景技術

回旋速調管最早于1967年在俄羅斯應用物理研究所(IAP)開發。自那以后，特別是在雷達系統領域，回旋速調管引起了人們的極大興趣。回旋速調管是在電子回旋脈塞原理的基礎上工作的一種微波電真空回旋器件，具有高輸出功率、高注波互作用效率且具有一定的帶寬的特點。利用電子注與電磁場的注波互作用實現電子與場之間的換能，將電子注動能轉換為微波能量。主要由電子槍、高頻結構、輸入輸出結構和收集結構構成。

回旋速調管與回旋行波放大器相比，通常能在較窄的帶寬下輸出高功率，而回旋行波放大器是一種中等功率的寬帶放大器。目前，回旋速調管輸出功率主要在百千瓦數量級，將輸出功率推向兆瓦級是未來趨勢。

但是隨著對輸出功率要求的提高，兆瓦級回旋速調管輸入條件下的高壓大電流的電子注對回旋管高頻結構的穩定性要求較高，需嚴格優化避免自激振蕩與返波振蕩。

在專利202110584235.X中公開了一種用于高階工作模式的介質加載回旋行波管高頻結構，該結構中心頻率為220GHz，增益高，但是該結構不能用于TE01模式，與這個專利相比，本專利的高頻結構具有兆瓦級別的輸出能力，做到超高功率輸出也是速調管相比行波管的優勢，并且低階模和高階模的工作條件差別較大，低階模式優勢在于工作穩定，但對于結構設計參數的精度要求更高。

高頻射頻直線加速器的發展需要考慮電子束線性化等技術挑戰。在設計射頻加速器時，較高的驅動頻率通常允許較高的工作梯度。當使用線性光束O型速調管時，在非常高的頻率上獲得所需的功率是一個主要的挑戰。傳統的速調管很難產生足夠的輸出功率來驅動X波段結構的諧波線性化器。回旋速調管不受同樣的限制，因此成為一個有吸引力的解決方案。

發明內容

本發明建立了一種四腔高功率輸出TE01模式的回旋速調管高頻結構，主要是在回旋速調管中利用TE01模式進行注波互作用，同時四個諧振腔包括輸入腔、第一群聚腔、第二群聚腔和輸出腔，工作頻率為47GHz，該頻段研究還較少，可用在直線加速器上，也對于兆瓦級回旋速調管的研究提供參考。

本發明采取以下技術方案實現：

一種四腔高功率輸出TE01模式的回旋速調管高頻結構，中心頻率為47GHz，工作模式為TE01模式；該結構依次由內徑相同的：輸入腔、群聚腔與輸出腔組成，所述群聚腔依次由第一漂移段、第一群聚腔、第二漂移段、第二群聚腔、第三漂移段組成，所述輸出腔依次由輸出頭段、輸出漸變段和輸出末段組成；各功能段是在內徑為2.5mm；

所述輸入腔長度為8.66mm，介質層的厚度為0.25mm，諧振頻率為46.8GHz；

所述第一漂移段、第二漂移段、第三漂移段長度依次為28mm，28mm，12mm，損耗介質層厚度依次為0.8mm,0.85mm,0.7mm；

所述第一群聚腔、第二群聚腔的長度依次為10mm，10.2mm，外徑為4.05mm，介質層厚度為0.4mm，Q值依次為29，28.68；諧振頻率依次為45.14GHz，44.92GHz；

所述輸出頭段長度為3mm外徑為2.96mm，輸出漸變段長度為20mm，輸出末段長度為50mm，內徑為3.7mm，外徑為4mm。