专利名称：一种确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置及方法
技术领域：
本发明属于微波真空电子器件领域，具体涉及一种确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置及方法。
背景技术：
行波管作为一种微波功率放大器件，具有频带宽、增益高、动态范围大和噪声低等诸多优点。其工作原理为外传输线上的微弱电磁信号经输入耦合系统进入慢波系统，与由电子枪发射的电子注相互作用，经电子注放大后的信号再从输出耦合系统传输至外传输线。由于行波管在实际应用中，输入、输出能量耦合系统与慢波系统之间以及慢波系统各部分之间很难保证良好的阻抗匹配，而匹配不佳会造成微波反射。我们用驻波系数来描述微波反射的大小。反射的微波引起反馈，会导致行波管内出现寄生振汤。微波反射过大一方面会导致输入信号的功率电平较高，影响整管的饱和增益，另一方面会反射经电子注放大后的微波功率，导致整管效率降低，并且有烧断螺旋线的危险。理论上，可在慢波系统的一定位置上设置集中衰减器，解决微波反射带来的问题。 在集中衰减器处，反射波能够被吸收，可达到消除反馈抑制振汤的目的。但在行波管慢波系统实际制作过程中，衰减器的衰减量偏小或电阻过渡段设置不合理、螺旋线节距跳变设置不当、螺旋线本身光洁度较差以及同轴连接处匹配不好等问题，仍然会导致慢波系统产生微波信号反射。确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点，并通过结构改进消除微波反射成为行波管制作过程中必须解决的问题。而由于慢波系统是一种精密器件，其在制作过程中经过了多次焊接、热缩处理，如通过解剖试验的方式确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点，将会对慢波系统产生二次破坏，且这种方式也难以查出问题所在。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种不需破坏行波管慢波系统，即能有效确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置及方法。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为所述确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置，所述螺旋线行波管慢波系统，包括真空管壳，在所述真空管壳内部设有螺旋线，在真空管壳与所述螺旋线之间设有集中衰减器，所述装置由一穿入所述螺旋线的圆柱形本体构成；所述圆柱形本体长度大于所述慢波系统；所述圆柱形本体外径小于所述螺旋线内径，在所述圆柱形本体穿入所述螺旋线的一端外表面涂覆碳层。所述圆柱形本体上涂覆碳层的部分为总长的三分之一。所述圆柱形本体穿入所述螺旋线的一端端部为圆锥形，且所述圆柱形本体的端部锥角为20°。所述圆柱形本体穿入所述螺旋线的一端端部圆锥的长度大于2 λ g。
一种确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的方法，包括以下步骤；步骤一制作确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置，该装置由穿入慢波系统螺旋线的圆柱形本体构成；步骤二 采用矢量网络分析仪分析微波信号变化，搭建好驻波测试系统，并在矢量网络分析仪上显示出所测慢波系统的理论驻波波形；步骤三将圆柱形本体的圆锥端部沿慢波系统设有衰减器的一侧慢慢推入螺旋线通道中，通过观察驻波波形的变化，判断微波反射的原因；步骤四在圆柱形本体的圆锥端部到达仓室中钼针的位置时停止移动，然后将圆柱形本体从螺旋线通道内慢慢移出，圆柱形本体移动的过程中观察驻波波形的变化，观察到驻波波形突然发生变化的位置时，在圆柱形竹签上做好标记；步骤五确定微波反射点位置，将圆柱形本体的标记位置与螺旋线末端对齐，圆柱形本体圆锥端部与螺旋线对齐的位置即为微波反射点位置。本发明的有益效果在于所述确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置，由穿入慢波系统螺旋线的圆柱形本体构成，该圆柱形本体使用竹签即可简单加工制作完成； 其结构简单，使用操作方便，能够就地取材，能够大大减少测试成本；所述确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的方法，使用由穿入慢波系统螺旋线的圆柱形本体构成的装置，利用圆柱形本体在慢波系统螺旋线通道中来回移动，通过矢量网络分析仪分析螺旋线行波管驻波波形的变化，进而确定微波信号反射的原因和位置；该方法不需要对行波管慢波系统进行解剖，即可测试出慢波系统微波反射点，并调整方案，能为螺旋线慢波系统的设计制作提供有益指导。
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明图1为本发明确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置的结构示意图；图2为本发明确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置的工作状态图；上述图中的标记均为1、圆柱形本体，2、端部，3、螺旋线，4、集中衰减器。
具体实施例方式下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明。如图1及图2所示，所述确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置，所述螺旋线行波管慢波系统，包括真空管壳，在所述真空管壳内部设有螺旋线3，在真空管壳及所述螺旋线3之间设有集中衰减器4，所述装置由一穿入所述螺旋线3的圆柱形本体1构成；所述圆柱形本体1长度大于所述慢波系统；所述圆柱形本体1外径小于所述螺旋线3内径，在所述圆柱形本体1穿入所述螺旋线3的一端外表面涂覆碳层。为防止行波管内部反射引起的振荡，所述衰减器采用的就是碳膜衰减器，所述确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置，在圆柱形本体外表面涂覆碳层，能够发挥衰减器的作用，进而能够探测到行波管螺旋线的反射。
所述圆柱形本体上涂覆碳层的长度决定了所述装置的衰减量，经试验验证，针对所测相应管长，在碳层长度占总长1/3时，碳层的衰减量才满足要求，所述确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置才能充分吸收信号传播时在管内产生的各种反射，所述圆柱形本体1上涂覆碳层的部分为总长的三分之一。所述圆柱形本体1穿入所述螺旋线3的一端端部2为圆锥形，且所述圆柱形本体 1的端部2锥角为20°。进入螺旋线内部的圆柱形本体端部采用圆锥形可以使端部形状渐变过渡，且所述圆柱形本体涂覆碳层的部分的衰减量也是逐步过渡增大，从而降低了圆柱形本体端部本身引起的反射。由于衰减器圆锥渐变段的性能比衰减量是否足够更为重要， 渐变段的尺寸设计质量优劣直接影响到管子是否发生振荡，经试验验证，圆柱形本体端部设置为锥度为20°时圆柱形本体端部本身引起的反射足够小。所述圆柱形本体1穿入所述螺旋线的一端端部2圆锥的长度大于2 λ g，λ g为行波管慢波系统工作频点的导波波长；由于进入螺旋线内部的圆柱形本体端部形状及尺寸设计直接影响到管子是否发生振荡，经试验验证，渐变段过渡的越平滑越好，但由于管体限制及输出参数限制，渐变段不可能无限长，圆柱形本体端部的圆锥形高度大于2 λ g时，能够满足在衰减量足够和反射较小方面的要求。所述确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置，通过竹签来制作，这样取材容易，制作成本较低。所述确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的方法，包括以下步骤；步骤一制作确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置，即制作长度L大于慢波系统总长的圆柱形竹签，竹签一端磨出锥角为20°的圆锥端部，圆锥端部的总长Ll > 2Xg;竹签另一端为外径小于螺旋线内径的光滑圆柱，在竹签的圆锥端部一端涂覆碳层，碳层部分为圆柱竹签总长的三分之一；步骤二 采用矢量网络分析仪分析微波信号变化，搭建好驻波测试系统，并在矢量网络分析仪上显示所测慢波系统的理论驻波波形；步骤三将圆柱形竹签的圆锥端部沿慢波系统设有衰减器的一侧慢慢推入螺旋线通道中，通过观察驻波波形的变化，判断微波反射的原因；步骤四当圆柱形竹签的圆锥端部到达微波输入的起始位置(即微波输入慢波系统的初始位置，图2中b点位置)时停止移动，微波从微波输入起始位置进入行波管后，由于微波输入起始位置与螺旋线连接处的阻抗渐变不可能完全理想，在微波输入起始位置与螺旋线连接处会发生反射，同时信号在行波管内传播过程中产生的反射有可能返回微波输入起始位置处，结果会使此处驻波变差，但当圆柱形本体的圆锥端部到达微波输入起始位置时，其端部涂覆的碳层发挥衰减器的作用，能够充分吸收微波输入起始位置处的反射，这样相当于从微波输入起始位置消除了反射，所以此时行波管慢波系统驻波波形达到最好状态；然后将圆柱形竹签从螺旋线通道内慢慢移出，竹签移动的过程中观察驻波波形的变化； 观察到驻波波形突然发生变化的位置时，即观察驻波波形突然变差的位置时，在圆柱形竹签上做好标记，即在圆柱形竹签上位于螺旋线通道内外交界的位置做好标记(图2中a点位置)；步骤五确定微波反射点位置，将圆柱形竹签的标记位置(图2中a点位置)与螺旋线末端对齐，圆柱形竹签圆锥端部与螺旋线对齐的位置即为微波反射点位置(图2中c
5点位置)；在确定了微波反射原因及微波反射点位置以后，调整去除微波反射的方案。
所述步骤三中，圆柱形竹签在螺旋线通道中移动的过程中，通过分析驻波波形的变化，来判断微波反射的原因；若驻波波形的总体趋势不变，只有驻波波形的峰值变化，可以判断同轴连接处匹配不好；若驻波波形总体趋势变好，信号增强，说明衰减器衰减量偏本发明确定微波反射原因及反射点位置的工作原理为在圆柱形本体的圆锥型端部涂覆的碳层构成衰减器，通过在行波管内部缓慢移动此衰减器观察驻波波形变化，随着衰减器的移动，驻波波形发生突变的位置即表示此处的反射太大超过了正常情况下的反射值，以至于不能被移动的衰减器充分吸收，从而可以确定驻波波形突变的位置即为发生微波反射的位置，根据微波反射的位置及驻波波形不同可以确定微波反射的原因。本发明中，确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置，使用竹签简单加工即可制作完成，其结构简单，使用操作方便，能够就地取材，能够大大减少试验成本；确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的方法，利用所述装置在螺旋线通道中来回移动，通过矢量网络分析仪分析螺旋线行波管驻波波形的变化，进而确定微波信号反射的原因和位置，为下一步的螺旋线慢波系统的设计制作提供指导。上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制， 只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置，所述螺旋线行波管慢波系统， 包括真空管壳，在所述真空管壳内部设有螺旋线(3)，在真空管壳及所述螺旋线(3)之间设有集中衰减器(4)，其特征在于所述装置由一穿入所述螺旋线(3)的圆柱形本体(1)构成；所述圆柱形本体(1)长度大于所述慢波系统；所述圆柱形本体(1)外径小于所述螺旋线(3)内径，在所述圆柱形本体(1)穿入所述螺旋线(3)的一端外表面涂覆碳层。
2.按照权利要求1所述的确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置，其特征在于所述圆柱形本体(1)上涂覆碳层的部分为总长的三分之一。
3.按照权利要求1或2所述的确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置，其特征在于所述圆柱形本体(1)穿入所述螺旋线(3)的一端端部(2)为圆锥形，且所述圆柱形本体(1)的端部⑵锥角为20°。
4.按照权利要求3所述的确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置，其特征在于所述圆柱形本体(1)穿入所述螺旋线的一端端部(2)圆锥的长度大于2 Ag。
5.一种确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的方法，其特征在于包括以下步骤； 步骤一制作确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置，该装置由穿入慢波系统螺旋线的圆柱形本体构成；步骤二 采用矢量网络分析仪分析微波信号变化，搭建好驻波测试系统，并在矢量网络分析仪上显示所测慢波系统的理论驻波波形；步骤三将圆柱形本体的圆锥端部沿慢波系统设有衰减器的一侧慢慢推入螺旋线通道中，观察驻波波形的变化，并判断微波反射的原因；步骤四当圆柱形本体的圆锥端部到达微波输入的起始位置时，将圆柱形本体从螺旋线通道内慢慢移出，圆柱形本体移动的过程中观察驻波波形的变化，观察到驻波波形突然发生变化的位置时，在圆柱形本体上做好标记；步骤五确定微波反射点位置，将圆柱形本体的标记位置与螺旋线末端对齐，圆柱形本体圆锥端部与螺旋线对齐的位置即为微波反射点位置。 全文摘要
本发明公开了一种确定螺旋线行波管慢波系统微波反射点的装置及方法；所述装置由一穿入所述螺旋线的圆柱形本体构成；所述圆柱形本体长度大于所述慢波系统；所述圆柱形本体外径小于所述螺旋线内径，在所述圆柱形本体穿入所述螺旋线的一端外表面涂覆碳层；所述方法，利用所述装置在螺旋线通道中来回移动，通过矢量网络分析仪分析螺旋线行波管驻波波形的变化，进而确定微波信号反射的原因和位置，为螺旋线慢波系统的设计制作提供指导。本发明不采用解剖试验的方法，不会对行波管慢波系统构成破坏，且操作方便，具有很好的测试效果。
文档编号H01J9/42GK102324358SQ20111024829
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者吴华夏, 张文丙, 李宾宾, 沈俊, 王瑞, 程海, 袁璟春, 高红梅 申请人:安徽华东光电技术研究所