[发明专利]一种同轴线锁频锁相结构及构成的磁控管阵列系统

说明书

本发明属于涉及真空电子器件中的微波源技术领域，尤其涉及一种同轴线锁频锁相结构及构成的磁控管阵列系统，包括设有同轴线缆和至少设有1个同轴能量耦合器的磁控管，相邻两个磁控管的同轴能量耦合器通过位于它们之间的同轴线缆连接；N+1个磁控管至少包括N条同轴线缆，线缆的长度、阻抗和功率容量等电参数可以灵活选择；N1，也为若干。本发明在磁控管之间引入高效的锁频锁相，使得管子之间输出的功率的相位相干，从而利用大量磁控管组成阵列突破单根管子功率容量限制问题；也解决了现有的锁频锁相硬连接方式的组阵固定、无法灵活变化的问题，同时兼顾了高效率锁频锁相的优点；结构具有大的灵活性和高效率，整体系统简洁。

技术领域

本发明属于真空电子器件中的微波源技术领域，特别涉及一种同轴线锁频锁相结构及构成的磁控管阵列系统。

背景技术

在微波以及真空电子领域，磁控管是一种产生大功率超高频振荡的一种高效率微波电子管。

现代实用磁控管的阳极是由整块金属制成的圆柱体开有很多个谐振腔，中心是圆柱形阴极电子发射极，在两端安装永磁磁极形成固定磁场；由圆柱形热阴极发射的电子流受到阳极与阴极间的电场和外加轴向恒定磁场的作用，在相互作用空间(阴极与阳极间的空间)里形成复杂的运动轨迹，激励谐振腔产生超高频振荡。

磁控管主要用于雷达发射机、微波炉和其他大功率超高频振荡器。但是当磁控管想要输出更高功率时，会面临到达到耐压极限、阴极发射能力不足、散热不足等问题，所以单个磁控管，无论是同轴磁控管、异腔磁控管还是具有隔膜带的炉用磁控管，都会因为其自身功率容量的上限而不可能无限地提升功率。

在锁频锁相技术的发展中，磁控管连接方式基本都是硬连接。硬连接的特点为结构坚固，缺点也很明显，即长度固定，导致磁控管本身结构也需要提前规划与设计，以避免无法装配的问题。但这样的连接特点增加了大规模组阵的难度，也使得设备的维护和替换变得昂贵与困难。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明提供一种同轴线锁频锁相结构及构成的磁控管阵列系统，在磁控管之间引入高效的锁频锁相，使得管子之间输出的功率的相位相干，从而利用大量磁控管组成阵列突破单根管子功率容量限制问题；也解决了现有的锁频锁相硬连接方式的组阵固定、无法灵活变化的问题，同时兼顾了高效率锁频锁相的优点；结构具有大的灵活性和高效率，整体系统简洁。

解决以上技术问题的本发明中的一种同轴线锁频锁相结构，其特征在于：包括设有同轴线缆和至少设有1个同轴能量耦合器的磁控管，相邻两个磁控管的同轴能量耦合器通过位于它们之间的同轴线缆连接；N+1个磁控管至少包括N条同轴线缆；N1，也为若干。

磁控管结构直接集成了至少1个同轴能量耦合器，外部连接只需要合适阻抗和长度的同轴线缆，整体系统简洁，便于组装和加工。

本发明中多个磁控管利用这种结构锁频锁相，组成一个输出功率相干的阵列，输出的功率可以进行功率合成。多个磁控管的互作用空间通过这种结构发生了互相锁定和耦合，并且由于反射的减小和最合适的同轴线缆的长度，磁控管在相位锁定的时候损失非常少的能量。

同时，利用同轴线缆的连接方式非常灵活，磁控管的相对位置，输出口朝向不再固定，而是可以根据具体需求快速地、准确地进行变化，结构具有大的灵活性和高效率，本发明中这种阵列技术可适用于大规模磁控管的锁频锁相以及用于后续的功率合成。

所述同轴线缆中根据磁控管之间锁相频率的差距大小和耦合能量大小来确定同轴线缆的阻抗、功率容量和长度。同轴线缆根据磁控管之间锁相频率的差距大小，耦合能量的大小不同，而采取不同阻抗，不同功率容量，以及不同长度的同轴线缆。一般来说，同轴线缆由外到内依次为护套，外导体层、绝缘介质层和内导体组成。其长度根据磁控管之间放置结构的不同可以灵活调整，不同阻抗和不同功率容量可以通过调整外导体直径、绝缘介质层的材料、内导体的直径进行变化。