[发明专利]倍频速调管及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及电真空器件技术领域，是微波电真空器件中一种新管型的 倍频速调管及制造方法。

背景技术

普通速调管的功能是将微波小信号放大，频率f严格保持不变。在微 波电真空放大类型的器件中，速调管的特点是输出微波功率高、增益高、 频带相对较窄和输出信号频谱较纯。实践表明，f在Ka波段以上时，由于 高频结构越来越小，电子注通道越来越细，普通速调管的制造难度大大增 加，功率容量大大减小。倍频速调管的功能是将微波小信号放大，同时频 率f倍增到某一倍频nf，严格成整数倍。普通速调管用于微波信号的末级 功率放大器，用于雷达、加速器等方面，倍频速调管由于加倍拓展到新的 工作频带，用途将不止于此。

倍频速调管的理论文献目前非常少，《微波器件原理》中曾论述到： “群聚电流中高次谐波十分丰富，而且谐波电流振幅随谐波次数的递增减 小得很缓慢，因此把速调管作为倍频器或谐波发生器是很可取的。”参见 图1，其中，n代表谐波次数；X代表群聚参量；J_n(nX)代表相应于nX的 谐波幅值。

虽然速调管作为倍频器很有潜力，但是到目前为止，国内并未见到倍 频速调管的实物及相关报道文献，反而是在国外不具太大潜力的固态器件 开发出了倍频器件。原因是没有找到合适的输出结构，以及普遍认为利用 谐波制造倍频器的效率会非常低。例如，固态倍频器件的输出功率一般都 小于100mW，倍频增益和效率都很低。

发明内容

本发明的目的是提供一种倍频速调管及制作方法，该方法简单易行， 制作的倍频速调管，保持相当的倍频增益、良好的频谱纯度、较宽的绝对 倍频带宽和相对较高的功率容量。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种倍频速调管，包括输入窗、输入段、输入腔、结构主体、输出腔、 输出段、输出窗、电子枪、电子束通道、高频互作用回路、聚束永磁结构 和收集极；其结构主体和输入腔采用频率f所在波段的谐振腔结构，谐振 腔保证是频率f所在波段的功率容量，但输出段和输出腔采用频率nf所 在波段的输出结构或采用频率f所在波段的输出结构中的微波高次模式； 所述的倍频速调管，其利用群聚后的电子束中的高次谐波分量，压制基波 分量，而谐波频率都是基波频率的整数倍，从而实现倍频输出。

一种倍频速调管的制作方法，包括步骤：1)设计、2)冷测、3)制管、 4)热测；其在步骤1)中，a)根据输出微波信号或毫米波信号的频率nf、 倍频增益和峰值输出功率量级，确定输入信号的频率f、频率倍数n和大 体的输入功率量级；b)结构主体和输入腔采用频率f所在波段的谐振腔 结构，谐振腔保证是频率f所在波段的功率容量，但输出段采用频率nf 所在波段的输出结构或采用频率f所在波段的输出结构中的微波高次模 式；c)同时，输出波导的截止频率大于频率(n-1)f，并确保输出腔在频率 mf处没有容易与电子注相互作用的谐振模式；d)用无源或有源电磁场设 计软件设计整管高频动态情况，设计整管高频动态情况时，要特别注意输 出结果中的频谱；

在步骤2)中，用频率f所在波段的微波仪器设备测试输入段、输入 腔、输入窗、各中间腔的参数并调整到设计值后，再用频率nf所在波段 的微波仪器设备测试输出段、输出腔、输出窗的参数并调整到设计值；

在步骤4)中，在热测台上进行速调管的老练，测试中着重测试输出 信号频谱中各次谐波的分量，直到达到要求的性能参数；

老练到工作稳定为止。

所述的倍频速调管，其所述n为自然整数；且n≥2。

所述的制作方法，其所述n、m为自然整数；n≥2，m≠n，且m＜n+3。

本发明的倍频速调管的制作方法，简单易行，制作的倍频速调管，保 持相当的倍频增益、良好的频谱纯度、较宽的绝对倍频带宽和相对较高的 功率容量。

附图说明

图1是理论分析双腔速调管中群聚电流中各次谐波随群聚参量的变化 图；

图2是本发明倍频速调管中最重要的高频互作用回路原理图；其中：

图2A为本发明倍频速调管正视图的剖视图；

图2B为本发明倍频速调管左视图

图3是本发明倍频速调管的整管剖视图；其中：

图3A为图2A正面剖视图旋转90度；

图3B为图2B侧面剖视图旋转90度；