[实用新型]一种基于分段串联式慢波系统的螺旋线行波管

说明书

技术领域

本实用新型涉及真空微波电子器件领域。更具体地，涉及一种基于分段串联式慢波系统的螺旋线行波管。

背景技术

行波管是一种动能换能器件，通过电子注和微波信号进行能量交换来实现微波信号的放大，这种能量变换只有在电子注速度与微波信号传播速度接近的条件下才能实现。在自由空间中微波信号的传播速度接近光速，因此必须采取措施减慢微波的传播速度，所采用的方法是使微波信号沿慢波线传输，从而使电子注的速度接近与其进行能量交换的微波信号的速度。所谓慢波线就是在行波管电子枪中沿电子注运动方向呈螺旋状绕制的一条螺旋线，常用钨丝或钼丝制成，至今仍被广泛应用在行波管设计中，其突出优点是频带宽。螺旋线是一种弱色散慢波结构，其线路波相速随频率变化很小。行波管根据工作频带不同，有宽带和窄带之分。而宽带行波管又根据工作的带宽大小，分为不同频段，比如2-6GHz、6-18GHz、18-40GHz等。在现有技术中，通过金属翼片加载可以实现1.5-2倍频程的频带内的工作。

行波管在结构上包括电子枪、慢波系统、聚焦系统和收集极等部分。其中，慢波系统包括输入耦合器、螺旋线和输出耦合器。电子枪的作用是形成符合设计要求的电子注。聚焦系统使电子注保持所需形状，保证电子注顺利穿过慢波电路，并与微波场发生有效的相互做用，最后由收集极接收电子注。待放大的微波信号经输入耦合器进入慢波电路，并沿慢波电路行进。输入的微波信号在慢波电路建立起微弱的电磁场，电子注进入慢波电路互作用区以后，首先受到微波场的速度调制。电子在继续向前运动时逐渐形成密度调制。大部分电子群聚于减速场中，而且电子在减速场滞留时间比较长。因此电子注动能有一部分转化为微波场能量，使微波信号得到放大。放大后的微波信号经过输出耦合器送至负载。

如图1所示，现有的螺旋线行波管都是由电子枪11、一个慢波结构12、聚焦系统13和收集极14组成的，通常只有一个工作电压，实现相应频带内的工作。在整机系统要求多频带工作的情况下，一般采用在整机内设置多个行波管的工作方式。这种工作方式需要给该多个行波管分别供电，并需要为每一个行波管分别配置一套供电电源及输入输出耦合系统，系统制造成本高、系统体积较大。

因此，需要提供一种慢波系统，可实现在一支行波管上的多频、多点工作，降低多频带、多信号行波管信号放大系统的制造成本，减小系统的体积。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于串联式慢波系统的螺旋线行波管，以提供一种具有多个工作频带、可对多个信号同时放大的行波管，减少多频带、多信号行波管信号放大系统的制造成本和系统体积。

为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案：

本实用新型公开了一种基于分段串联式慢波系统的螺旋线行波管，该螺旋线行波管包括：电子枪、慢波系统、聚焦系统和收集极，其特征在于，

该慢波系统包括至少两段串联式耦合的慢波结构，每一段慢波结构分别包括输入耦合器、螺旋线和输出耦合器。

优选地，该螺旋线行波管进一步包括位于相邻两段慢波结构间、用于调制电子注的过渡区。

优选地，所述过渡区包括磁场调制过渡区，过渡区的磁场强度沿电子注运动方向增加。

优选地，所述过渡区包括用于引入对电子注进行加速的电压的外接电极。

优选地，相邻两段慢波结构中，靠近电子枪一侧的慢波结构的工作频率高于远离电子枪一侧的慢波结构的工作频率。

优选地，靠近电子枪一侧的慢波结构的电子注通道半径小于远离电子枪一侧的慢波结构的电子注通道半径。

优选地，各段慢波结构的输入耦合器和输出耦合器分别与该段慢波结构的工作频率相匹配。优选地，所述慢波结构包括串联式耦合的第一段慢波结构和第二段慢波结构；

所述第一段慢波结构位于靠近电子枪一侧，用于放大高频信号；

所述第二段慢波结构用于放大低频信号。

优选地，各段慢波结构的输入耦合器同时或分别输入微波信号。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型提出了一种分段串联式高频结构的螺旋线行波管，在一支行波管上，通过两个以上工作频带的行波管慢波结构的串联，拓宽了一支行波管的工作带宽，实现了一支行波管多频、多点工作。根据本实用新型的行波管通过集成多个不同频带的慢波结构，实现了现有技术中必须采用多个行波管实现的功能，通过减少阴极使用数量和收集极的使用数量，极大地减少了多频带、多信号行波管信号放大系统的制造成本和体积，同时降低了整机制造和使用成本，可有效缩减整机尺寸。