一种用于回旋行波放大器的耦合腔及耦合方式的制作方法

专利名称：一种用于回旋行波放大器的耦合腔及耦合方式的制作方法
技术领域：
本发明涉及电真空器件技术，特别涉及一种用于回旋放大器 耦合腔高频互作用电路。
背景技术：
目前，回旋放大器中主要采用两种放大方式其一，回旋速 调管放大器，它采用谐振腔对电子注进行调制，使电子注与高频 场在角向同步作用，实现高频放大；其二，回旋行波放大器，它 采用波导结构，使电子注与行波高频场角向同步相互作用，实现 高频放大。回旋速调放大器采用谐振腔可以获得高的输出功率、 效率和增益，并且具有较好的稳定性。不过，谐振腔的使用将使 回旋放大器的工作频带变窄。而回旋行波放大器采用光滑波导， 能够获得线形较好的色散特性，可以有效展宽互作用带宽，不过， 行波互作用相对较弱，从而互作用长度将相对增长。由于回旋行 波放大器通常工作于高次模式，寄生模式振荡是影响放大器工作 稳定性的主要问题，特别对于谐波或谐波倍增工作情况更加明 显。从而限制了这种毫米波高功率器件的研究发展和应用范围。

发明内容
为了克服行波互作用的相对不稳定性和谐振互作用频带窄 的缺点，同时有效抑制寄生模式振荡，本发明的目的是通过特殊 的耦合方式，使电磁波在相邻两个谐振腔之间能够传输，构成电 磁波在多个谐振腔中相互耦合谐振和交替传输前进并存，为此， 本发明提供一种用于回旋行波放大器的耦合腔。
为了实现所述的目的，由于谐振，其可以增强电子注与波之 间的相互作用；由于相互耦合，其可以展宽注波互作用频带，为
5此，本发明创新地将谐振和耦合结合到一起，提出一种用于回旋 行波放大器的耦合腔及耦合方式，主要包括以下几方面内容
它由多个复合腔级联形成，每一个复合腔具有一外同轴腔和 一内圆柱腔，所述外同轴腔与内圆柱腔同轴线，内圆柱腔的工作 模式是TE。n圆电模；
在所述内圆柱腔和外同轴腔之间具有一公共壁；
在所述公共壁上具有多个矩形耦合孔；
在内圆柱腔和外同轴腔轴向的两端部有竖壁，竖壁与公共壁 相互垂直，竖壁上轴向都具有圆孔，用于提供电子注通道和工作
模式的耦合转换或截止；在偶数序号复合腔右侧竖壁上具有多个 扇形耦合孔，用于相邻外同轴腔之间的模式耦合。
根据本发明的实施例，所述多个复合腔还包括多个腔外套-
在耦合腔从左至右的轴线上依次交叉排列的多个腔外套有 多个奇数序号腔外套和多个偶数序号腔外套；
在复合腔的径向上多个偶数腔外套凸部的顶端与多个奇数 腔外套凹部之间嵌接有竖壁；
所述第一腔外套的左侧端插在一输入堵头的定位环中；所述 矩形输入波导位于第一腔外套的安装孔中；
所述最后一个腔外套的凹端部与一个输出波导段的凸端部 连接，两者之间嵌接有竖壁。
根据本发明的实施例，所述每一个复合腔中公共壁上矩形耦 合孔的形状、大小、数量和位置都相同。
根据本发明的实施例，由所述公共壁上矩形耦合孔将内圆柱 腔与外同轴腔之间在径向耦合相通，用于提供电磁能量耦合和工 作模式之间的相互转换。
根据本发明的实施例，所述相邻的内圆柱腔从奇数序号内圆 柱腔到偶数序号内圆柱腔之间的耦合通过轴向圆形耦合孔耦合 相通，偶数序号内圆柱腔与奇数序号内圆柱腔之间的轴向圆孔对 工作模式截止，阻止工作模式通过，电磁能量通过径向公共壁上 的多个矩形耦合孔耦合进入外同轴腔。根据本发明的实施例，所述相邻外同轴腔从偶数序号外同轴 腔到奇数序号外同轴腔之间通过轴向扇形耦合孔耦合相通。
根据本发明的实施例，除复合腔的第一腔外套外，奇数序号 腔体的结构和偶数序号腔体具有相同的结构。
根据本发明的实施例，所述第一复合腔的外同轴腔外壁与一 矩形输入波导相连接，用于提供矩形波导基模的输入耦合，矩形 输入波导轴线与外同轴腔内壁上矩形耦合孔的轴线相同。
根据本发明的实施例，所述用于回旋放大器耦合腔的耦合方 式，是通过多个特殊结构复合腔级联交替耦合，实现步骤如下
步骤1:输入信号从第一复合腔外侧的矩形输入波导输入， 激励起第一外同轴腔中的过渡工作模式，然后通过矩形耦合孔耦 合到第一内圆柱腔中，激励起第一内圆柱腔中的工作模式；
步骤2:第一复合腔的第一内圆柱腔的工作模式通过的第一 内圆柱腔与第二腔体的第二内圆柱腔间的圆形耦合孔耦合到第 二内圆柱腔内，形成第二内圆柱腔的工作模式；
步骤3:在第二内圆柱腔的右侧竖壁上采用足够小的轴向圆 孔，对第二内圆柱腔工作模式截止，第二内圆柱腔的工作模式通 过第二内圆柱腔和第二外同轴腔间的矩形耦合孔耦合到第二外
同轴腔，激励起第二外同轴腔中的过渡工作模式；
步骤4:通过第二外同轴腔与第三外同轴腔间的扇形耦合孔，
使第三外同轴腔的过渡工作模式得到激励；
步骤5:周而复始，电磁波便继续在多个内圆柱腔和多个外
同轴腔间交替前进，完成波能量的传递和放大。
根据本发明的实施例，所述的用于回旋放大器的耦合的方 式，在内圆柱腔和外同轴腔之间采用矩形耦合孔径向耦合、相邻 内圆柱腔采用圆形耦合孔耦合、相邻外同轴腔采用扇形耦合孔耦合。
本发明有益的技术效果
本发明通过合理选择耦合孔的结构、尺寸和耦合方式以及不 同谐振腔的工作模式，有效实现了输入和输出的匹配耦合、电磁波能量的耦合谐振和交替传输以及寄生模式的合理抑制的设计 思想。
为了克服行波互作用的相对不稳定性和谐振互作用频带窄 的缺点，同时有效抑制寄生模式振荡，本发明通过特殊的耦合方 式，使电磁波在相邻两个谐振腔之间能够传输，构成电磁波在多 个谐振腔中相互耦合谐振和交替传输前进并存，本发明通过工作 模式的谐振，其可以增强电子注与波之间工作模式的相互作用； 通过相邻两复合腔之间的相互耦合，展宽电子注波和工作模式相 互作用频带，从而实现增强电子注与微波和毫米波相互作用以及 拓展工作频带。


图1是本发明实施例用于回旋放大器的耦合腔互作用电路 结构的纵向剖面图1-1是本发明图1中A—A断面的剖面图1-2是本发明图1中B—B断面的剖面图； 图1-3是本发明图1中C一C断面的剖面图； 图2是本发明耦合腔实施例结构纵向剖面图； 图2-1是输入端堵头的结构图，图中左侧为右视图、右侧为 正面剖视图2-2是图2中第一腔外套的结构图，图中左侧为右视图、 右侧为正面剖视图2-3是图2中输出波导段的结构图，图中左侧为右视图、 右侧为正面剖视图2-4是图2中奇数序号复合腔的结构图，图中左侧为正面 剖视图、右侧为左视图2-5是图2中偶数序号复合腔的结构图，图中左侧为正面 剖视图、右侧为左视图2-6是图2中其它腔体外套的结构图，图中左侧为右视图、 右侧为正面剖视图；本发明摘要附图选择图1。 主要元件名称说明
外同轴腔a
第一外同轴腔la第二外同轴腔2a
第三外同轴腔3a第四外同轴腔4a
第五外同轴腔5a
内圆柱腔b
第一内圆柱腔lb第二内圆柱腔2b
第三内圆柱腔3b第四内圆柱腔4b
第五内圆柱腔5b输出圆波导6
轴向扇形耦合孔7矩形输入波导8
轴向圆孔9轴向圆形耦合孔10
圆孔11公共壁12
矩形耦合孔13
输入端堵头2-1第一腔外套2-2
输出波导段2-3奇数序号复合腔2-4
偶数序号复合腔2-5偶数腔外套2-6
矩形输入波导2-具体实施例方式
下面结合附图详细说明本发明技术方案中所涉及的各个细 节问题。应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理 解，而对其不起任何限定作用。
如图1本发明实施例用于回旋放大器的耦合腔互作用电路
结构的纵向剖面图所示
它由多个复合腔级联形成，所述的每复合腔具有一外同轴腔 a和一内圆柱腔b，实例中为五个复合腔
第一复合腔包含第一外同轴腔la、第一内圆柱腔lb以及 矩形输入波导8;第二复合腔包含第二外同轴腔2a、第二内圆柱腔2b;
第三复合腔包含第三外同轴腔3a、第三内圆柱腔3b;
第四复合腔包含第四外同轴腔4a、第四内圆柱腔4b;
第五复合腔包含第五外同轴腔5a、第五内圆柱腔5b;在 第五腔体的右侧接有输出圆波导6。
所述外同轴腔a包括第一外同轴腔la、第二外同轴腔2a、 第三外同轴腔3a、第四外同轴腔4a、第五外同轴腔5a;在第一 外同轴腔la的外壁上接有矩形输入波导8。
所述内圆柱腔b包括第一内圆柱腔lb、第二内圆柱腔2b、 第三内圆柱腔3b、第四内圆柱腔4b、第五内圆柱腔5b和输出圆 波导6。
所述外同轴腔a与内圆柱腔b同轴线，内圆柱腔b的工作模 式是TEon圆电模；请参阅图l-l，在所述内圆柱腔b和外同轴腔a 之间具有一公共壁12;在所述公共壁12上具有多个矩形耦合孔
13;所述矩形耦合孔13的形状、大小相同。由所述矩形耦合孔
13将内圆柱腔b与外同轴腔a之间在径向耦合相通，用于提供
能量耦合和工作模式之间的相互转换。
在内圆柱腔b和外同轴腔a轴向的两端部具有两圆孔，用于
提供电子注通道和工作模式的耦合转换或截止；所述两圆孔为输 出圆波导6和圆孔11。
在内圆柱腔b和外同轴腔a轴向的两端部有竖壁(BB和 CC)，竖壁与公共壁12相互垂直，本发明有多个奇数竖壁CC 和多个偶数竖壁BB，每个奇数竖壁CC上都具有轴向圆形耦合 孔IO,在每个偶数竖壁BB上都具有轴向圆孔9和扇形孔7，用于 提供电子注通道和工作模式的耦合转换或截止；实例中第一竖壁 CC位于第一复合腔的右侧，第二竖壁BB位于第二复合腔的右 侧，多个奇数竖壁CC和多个偶数竖壁BB所在位置依此类推； 在外同轴腔a中的第一竖壁CC上没有孔，请参阅图1-3和图2-4， 在外同轴腔a中的第二竖壁BB上具有扇形孔7，请参阅图1-2 和图2-5。第一复合腔左侧是输入端堵头2-1，右侧是一无扇形
10孔竖壁CC;每个偶数序号复合腔右侧的偶数竖壁BB上的扇形耦合孔7用于相邻外同轴腔之间的模式耦合。
请参阅图2，所述复合腔中相邻的内圆柱腔b从奇数序号内
圆柱腔b到偶数序号内圆柱腔b之间的耦合通过轴向圆形耦合孔10耦合相通，通过偶数序号内圆柱腔b与奇数序号内圆柱腔b之间的轴向圆孔9对工作模式截止，阻止工作模式通过，电磁能量通过径向的多个矩形耦合孔13耦合进入外同轴腔a。所述相邻外同轴腔a从偶数序号外同轴腔a到奇数序号外同轴腔a之间通过轴向扇形耦合孔7耦合相通。第一复合腔的第一腔外套2-2与一矩形输入波导8连接，除第一腔外套2-2之外的奇数序号腔外套2-4和偶数序号腔外套2-5具有相同的结构。
所述第一复合腔的外同轴腔a外壁与一矩形输入波导8相连接，用于提供矩形波导基模的输入耦合，矩形输入波导8的轴线与外同轴腔a内壁上矩形耦合孔13的轴线相同。
图l和图2给出了一个具有五个复合腔的耦合腔互作用电路结构图。所述用于回旋放大器耦合腔的耦合方式，通过多个特殊结构复合腔级联交替耦合，实现步骤如下
步骤l:输入信号从第一复合腔外侧的矩形输入波导8输入，激励起第一外同轴腔la中的过渡工作模式，然后通过矩形耦合孔13耦合到第一内圆柱腔la中，激励起第一内圆柱腔lb中的工作模式；
步骤2:第一复合腔的第一内圆柱腔lb的工作模式通过的第一内圆柱腔lb与第二复合腔的第二内圆柱腔2b间的轴向圆形耦合孔10耦合到第二内圆柱腔2b内，形成第二内圆柱腔2b的工作模式；
步骤3:在第二内圆柱腔2b的右侧竖壁上采用足够小的轴向圆孔9，对第二内圆柱腔2b工作模式截止，第二内圆柱腔2b的工作模式通过第二内圆柱腔2b和第二外同轴腔2a间的矩形耦合孔13耦合到第二外同轴腔2a，激励起第二外同轴腔2a中的过渡工作模式；
ii步骤4:通过第二外同轴腔2a与第三外同轴腔3a间的轴向扇形耦合孔7，使第三外同轴腔3a的过渡工作模式得到激励；
步骤5:周而复始，电磁波便继续在多个内圆柱腔b和多个
外同轴腔a间交替前进，依次进入第三内圆柱腔3b、第四内圆柱腔4b、第四外同轴腔4a、第五外同轴腔5a，最后进入第五内圆柱腔5b并通过第五复合腔右侧的输出圆波导6耦合输出，完成波能量的传递和放大。
内圆柱腔b和外同轴腔a之间采用矩形耦合孔13径向耦合、相邻内圆柱腔b采用轴向圆形耦合孔10耦合、相邻外同轴腔a采用轴向扇形耦合孔7耦合。
例如，本发明通过内外交替耦合的耦合腔互作用电路，其一个具体实施例的实际结构是通过金属的机械加工和组合实现，一个具体实施例的结构见图2，它是耦合腔实施例结构的纵向剖面
图，在图2和图2-1、图2-2、图2-3、图2-4、图2-5、图2-6的元件图中包括
图2-1示出一个输入端堵头2-1的结构；
图2-2示出一个第一腔外套2-2的结构；
图2-3示出一个输出波导段2-3的结构；
图2-4示出数序号复合腔的结构；
图2-5示出偶数序号复合腔的结构；
图2-6示出其它腔体外套的结构。
五个复合腔为三个奇数序号复合腔2-4和两个偶数序号复合腔2-5，除了第一腔外套2-2之外，还有四个腔外套2-6，矩形输入波导2-7及竖壁14;在复合腔的轴向组装顺序是一个输入端堵头2-1、第一腔外套2-2、两个偶数序号复合腔2-5分别与三个奇数序号复合腔2-4相隔排序；所述五个复合腔还包括五个腔外套
在耦合腔从左至右的轴线上依次交叉排列的五个腔外套有三个奇数序号腔外套和两个偶数序号腔外套；
在多两个偶数腔外套凸部的顶端与两个奇数腔外套凹部的底端径向之间嵌入竖壁；所述第一腔外套的左侧端插在一输入堵头的定位环中；所述矩形输入波导位于第一腔外套的安装孔中；
所述最后一个奇数腔外套的凹端部与一个输出波导段的凸端部连接。
三个奇数序号复合腔2-4和两个偶数序号复合腔2-5必须采用无磁不锈钢；输入端堵头2-1、第一腔外套2-2、输出波导段2-3,其它四个腔体外套2-6、矩形输入波导2-7，可以采用无氧铜或者无磁不锈钢。
电子注通道由图1中的输出圆波导6、轴向圆孔9、轴向圆形耦合孔IO和圆孔11组成。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
1权利要求
1、一种用于回旋行波放大器的耦合腔，其特征是它由多个复合腔级联形成，每一个复合腔具有一外同轴腔和一内圆柱腔，所述外同轴腔与内圆柱腔同轴线，内圆柱腔的工作模式是TE0n圆电模；在所述内圆柱腔和外同轴腔之间具有一公共壁；在所述公共壁上具有多个矩形耦合孔；在内圆柱腔和外同轴腔轴向的两端部有竖壁，竖壁与公共壁相互垂直，竖壁上轴向都具有圆孔，用于提供电子注通道和工作模式的耦合转换或截止；在偶数序号复合腔的右侧竖壁上具有扇形耦合孔，用于相邻外同轴腔之间的模式耦合。
2、 根据权利要求1所述的用于回旋行波放大器的耦合腔，其特征是所述多个复合腔还包括多个腔外套在耦合腔从左至右的轴线上依次交叉排列的多个腔外套有多个奇数序号腔外套和多个偶数序号腔外套；在多个偶数腔外套凸部的顶端与多个奇数腔外套凹部的底端径向之间嵌接有竖壁；所述第一腔外套的左侧端插在一输入堵头的定位环中；所述矩形输入波导位于第一腔外套的安装孔中；所述最后一个腔外套的凹端部与一个输出波导段的凸端部连接，两者之间嵌接有竖壁。
3、 根据权利要求1所述的用于回旋行波放大器的耦合腔，其特征是所述每一个复合腔中公共壁上矩形耦合孔的形状、大小、数量和位置都相同。
4、 根据权利要求1所述的用于回旋行波放大器的耦合腔，其特征是由所述公共壁上矩形耦合孔将内圆柱腔与外同轴腔之间在径向耦合相通，用于提供电磁能量耦合和工作模式之间的相互转换。
5、 根据权利要求1所述的用于回旋行波放大器的耦合腔，其特征是所述相邻的内圆柱腔从奇数序号内圆柱腔到偶数序号内圆柱腔之间的耦合通过轴向圆形耦合孔耦合相通，偶数序号内圆柱腔与奇数序号内圆柱腔之间的轴向圆孔对工作模式截止，阻止工作模式通过，电磁能量通过径向公共壁上的多个矩形耦合孔耦合进入外同轴腔。
6、 根据权利要求1所述的用于回旋行波放大器的耦合腔，其特征是所述相邻外同轴腔从偶数序号外同轴腔到奇数序号外同轴腔之间通过竖壁上多个扇形耦合孔轴向耦合相通。
7、 根据权利要求1所述的用于回旋行波放大器的耦合腔，其特征是除第一复合腔的第一腔外套外，奇数序号腔外套和偶数序号腔外套具有相同的结构。
8、 根据权利要求1所述的用于回旋行波放大器的耦合腔，其特征是所述第一复合腔的外同轴腔外壁与一矩形输入波导相连接，用于提供矩形波导基模的输入耦合，矩形输入波导轴线与外同轴腔内壁上矩形耦合孔的轴线相同。
9、 如权利要求1所述用于回旋放大器耦合腔的耦合方式，其特征是，通过多个特殊结构复合腔级联交替耦合，实现步骤如下步骤l:输入信号从第一复合腔外侧的矩形输入波导输入，激励起第一外同轴腔中的过渡工作模式，然后通过矩形耦合孔耦合到第一内圆柱腔中，激励起第一内圆柱腔中的工作模式；步骤2:第一复合腔的第一内圆柱腔的工作模式通过的第一内圆柱腔与第二复合腔的第二内圆柱腔间的圆形耦合孔耦合到第二内圆柱腔内，形成第二内圆柱腔的工作模式；步骤3:在第二内圆柱腔的右侧竖壁上采用足够小的轴向圆孔，对第二内圆柱腔工作模式截止，第二内圆柱腔的工作模式通过第二内圆柱腔和第二外同轴腔间的矩形耦合孔耦合到第二外同轴腔，激励起第二外同轴腔中的过渡工作模式；步骤4:通过第二外同轴腔与第三外同轴腔间的扇形耦合孔，使第三外同轴腔的过渡工作模式得到激励；步骤5:周而复始，电磁波便继续在多个内圆柱腔和多个外同轴腔间交替前进，完成波能量的传递和放大。
10、如权利要求9所述的用于回旋放大器的耦合的方式，其特征是内圆柱腔和外同轴腔之间采用矩形耦合孔径向耦合、相邻内圆柱腔釆用圆形耦合孔耦合、相邻外同轴腔采用扇形耦合孔规厶
全文摘要
本发明一种用于回旋行波放大器的耦合腔，由多个复合腔级联组成，每个复合腔具有外同轴腔和内圆柱腔，内圆柱腔的工作模式是TE_0n圆电模；在内圆柱腔外同轴腔之间有多个矩形耦合孔的公共壁；在内圆柱腔和外同柱腔轴向的两端部有竖壁并与公共壁相互垂直，竖壁上轴向有圆孔，用于提供电子注通道和工作模式的耦合转换或截止；在偶数序号腔右侧竖壁上多个扇形耦合孔，用于相邻外同轴腔之间的模式耦合。为克服行波互作用的相对不稳定性和谐振互作用频带窄的缺点，本发明使电磁波在相邻两个谐振腔之间传输，构成电磁波在多个谐振腔中相互耦合谐振和交替传输前进并存，用于高频互作用电路，实现增强电子注与微波和毫米波相互作用以及拓展工作频带。
文档编号H01P5/00GK101540427SQ200810102209
公开日2009年9月23日 申请日期2008年3月19日 优先权日2008年3月19日
发明者敏 朱, 栾远涛, 罗积润, 袁广江, 炜 郭 申请人:中国科学院电子学研究所