抑制双间隙耦合腔2π模振荡的吸收腔装置及其调试方法

摘要

本发明提供了一种抑制双间隙耦合腔内2π模振荡的吸收腔装置。高吸收腔装置的双调谐吸收腔同时谐振于TM

说明书

技术领域

本发明涉及电子行业电真空技术领域，尤其涉及一种抑制双间隙耦合 腔2π模振荡的吸收腔装置。

背景技术

为了扩展多注速调管的带宽，通常采用双间隙耦合腔作为宽带输出电 路。由于双间隙耦合腔输出电路的二个谐振腔间存在内部反馈，在一定条 件下，会引起非工作模式振荡，导致多注速调管电子注电流和电子注通过 率下降、引起多注速调管打火。此外，在高频激励下，由于电子注速度变 化或少量反转电子和二次电子的存在，将激励起其它非工作模式，形成杂 谱，降低了输出频谱的质量，引起发射机输出波导打火和干扰其它微波电 子系统。因此，抑制多注速调管非工作模式的振荡对提高多注速调管性能， 保证输出频谱重量和工作稳定性，使其在微波电子系统中正常工作，具有 重要意义。

对于工作频率为低频段(L和S波段)的多注速调管，通常采用工作 在π模的双间隙耦合腔输出电路。研究分析和实际制管表明，该输出电路 容易产生场分布为2π模结构的非工作模式振荡。为了抑制该类非工作模 式振荡产生的杂谱，通常在双间隙耦合腔上外接一个吸收腔，该吸收腔通 过耦合口与双间隙耦合腔耦合，抑制谐振频率比工作模式稍高的场形为2π 模的TM₀₁₀模式的振荡。而实际制管工作表明，谐振频率较高，场形为2π 模的TM₁₁₀模式在某些特定条件下也会产生振荡，该振荡同样会严重影响 多注速调管直流状态工作的稳定性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种抑制双间隙耦合腔2π模振荡 的吸收腔装置及其调试方法，以抑制双间隙耦合腔内的非工作模式。

(二)技术方案

本发明抑制双间隙耦合腔内2π模振荡的吸收腔装置包括：双调谐吸 收腔，为中空矩形封闭谐振腔，其第一端封闭，其内侧腔壁至少部分面积 具有微波衰减材料；矩形耦合波导，连接于所述双调谐吸收腔的第二端和 所述双间隙耦合腔之间，正对所述双间隙耦合腔一侧的耦合槽，用于所述 双调谐吸收腔和双间隙耦合腔之间的模式耦合。其中，所述双调谐吸收腔 上方开设两个螺孔，通过该两个螺孔，分别向所述双调谐吸收腔内垂直向 下插入第一调谐螺钉和第二调谐螺钉，其中，该两个螺孔均位于所述双调 谐吸收腔宽边的中心，使该双调谐吸收腔同时谐振于TM₁₁₀模式和TM₂₁₀模式。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明抑制双间隙耦合腔内2π模振荡的 吸收腔装置及其调制方法具有以下有益效果：

(1)双调谐吸收腔同时谐振于TM₁₁₀模式和TM₂₁₀模式，其通过耦合 波导连接至双间隙耦合腔，从而能够有效地抑制双间隙耦合腔输出电路中 具有2π模场形分布的两个非工作模式的振荡，消除由该类振荡引起的多 注速调管的不稳定性，同时降低杂谱电平；

(2)能同时对具有2π模场形分布的两个非工作模式加载，而对具有 π模场形分布的工作模式的加载很小，能保证在抑制非工作模式振荡的同 时，对多注速调管的效率和功率-频宽特性影响很小；

(3)衰减材料涂覆和烧结在吸收腔内表面，散热好，出气小；

(4)体积小，制备和装配工艺简单。

附图说明

图1是根据本发明实施例抑制多注速调管双间隙耦合腔2π模振荡的 吸收腔装置的纵向剖视图；

图2A为图1所示吸收腔装置与多注速调管双间隙耦合腔装配后的纵 向剖视图；

图2B为图1所示吸收腔装置与多注速调管双间隙耦合腔装配后的横 向剖视图。

【本发明主要元件】

100-吸收腔装置；

110-双调谐吸收腔；

111-腔体；                     112-腔盖；

113-微波衰减材料；             114-第一调谐螺钉；

115-第二调谐螺钉；

120-矩形耦合波导；

121-第一矩形波导孔；           122-第二矩形波导孔；

200-多注速调管双间隙耦合腔；

210-腔体；

211-定位台阶；

220-上腔盖；

230-下腔盖；

240-耦合膜片；

241、242-耦合槽；              243-耦合环；

244-输出矩形波导。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或 说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描 述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然 本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应 的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例 中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅 是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发 明的保护范围。

本发明抑制多注速调管双间隙耦合腔2π模振荡的装置，能够有效地 抑制多注速调管双间隙耦合腔输出电路中具有2π模场形分布的两个非工 作模式的振荡，消除由该类振荡引起的多注速调管的不稳定性，同时降低 杂谱电平。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种抑制多注速调管双间隙 耦合腔2π模振荡的吸收腔装置的剖面示意图。图1为根据本发明实施例 抑制多注速调管双间隙耦合腔2π模振荡的装置的剖面示意图。

如图1所示，本实施例吸收腔装置100包括：双调谐吸收腔110，为 中空的矩形谐振腔；矩形耦合波导120，连接于双调谐吸收腔110和多注 速调管双间隙耦合腔200之间，正对所述多注速调管双间隙耦合腔200一 侧的耦合槽，用于双调谐吸收腔110和多注速调管双间隙耦合腔之间的模 式耦合。其中，双调谐吸收腔110同时谐振于TM₁₁₀模式和TM₂₁₀模式。

本实施例中，双调谐吸收腔110同时谐振在TM₁₁₀模式和TM₂₁₀模式， 可以有效地抑制多注速调管双间隙耦合腔200中具有2π模场形分布的两 个非工作模式的振荡，消除由该类振荡引起的多注速调管的不稳定性，同 时降低杂谱电平。

以下对本实施例吸收腔装置100以及双间隙耦合腔200的各个组成部 分进行详细说明。

请参照图1，双调谐吸收腔110包括：腔体111和腔盖112。该腔体 111和腔盖111共同构成中空的矩形谐振腔。

需要说明的是，该矩形谐振腔的尺寸与多注速调管双间隙耦合腔需要 吸收两个非工作模式的频率有关。本领域技术人员可以根据工作的频率的 不同，米设计该矩形谐振腔的长宽高参数，此处不再说明。

在双调谐吸收腔的腔盖111和双调谐吸收腔的腔体112的封闭端和靠 近封闭端一侧的四周表面的腔壁上涂覆烧结微波衰减材料113。微波衰减 材料113为FeSiAl衰减材料。当然本发明也可以采用其他类型的衰减材料， 只要其满足相对介电常数δ、损耗正切Δ满足：20≤δ≤25，0.6≤Δ≤0.8 即可。沿双调谐吸收腔长边涂覆微波衰减材料的长度Ls与双调谐吸收腔 长边的长度L之比满足：0.6≤L_s/L≤0.8。

需要说明的是，涂覆烧结微波衰减材料113的面积越大越好，但是为 了避免双调谐吸收腔110和双间隙耦合腔200之间耦合口位置的微波衰减 材料影响主模，本实施例中，只对双调谐吸收腔110的部分位置涂覆了微 波衰减材料113。此外本领域技术人员应当清楚，只要该双调谐吸收腔110 的部分面积涂覆该微波衰减材料即可，而不必非要严格满足本实施例中提 及的区域和面积。

图2A为本实施例吸收腔装置与多注速调管双间隙耦合腔装配后的纵 向剖视图。图2B为图1所示吸收腔装置与多注速调管双间隙耦合腔装配 后的横向剖视图。以下结合图2A和图2B来介绍耦合波导120的形状和 构造。

如图2A和图2B所示，多注速调管双间隙耦合腔200的右侧与耦合 槽对应的位置开有第二矩形波导孔122，该第二矩形波导孔122沿朝向多 注速调管双间隙耦合腔200的外侧方向，宽边的宽度逐渐增大。该第二矩 形波导孔122构成矩形耦合波导120的左侧矩形波导部分。

如图2A和图2B所示，双调谐吸收腔110的右侧封闭，左侧正对第 二矩形波导孔122的位置开有第一矩形波导孔121。该第一矩形波导孔111 宽边的宽度值W不变，等于第二矩形波导孔最宽处宽边的宽度值，该宽度 值W满足与多注速调管双间隙耦合腔200工作波长λ₀的比值W/λ₀应小于 0.4。

在将本实施例吸收腔装置100和多注速调管双间隙耦合腔200装配之 后，第一矩形波导孔121和第二矩形波导孔122对准，其外围部分密封配 合，构成的矩形耦合波导120。

本实施例中，基于所要求的耦合度参数，多注速调管双间隙耦合腔右 侧第二矩形波导孔122宽边的宽度朝向外侧宽度逐渐增大。本领域技术人 员应当了解，该矩形波导孔的尺寸与耦合度有关，宽度越大，耦合度越大， 而考虑到整个多注速调管的尺寸要求，该宽度只能做到有限范围内尽可能 大。而要求宽度W与多注速调管双间隙耦合腔200工作波长λ₀的比值 W/λ₀应小于0.4，则是避免将其他模式耦合出双间隙耦合腔。

此外，第一矩形波导孔121和第二矩形波导孔122的高度d始终保持 不变，该高度d与多注速调管双间隙耦合腔30的耦合槽的高度d_c的比值 d/d_c介于0.5～0.65之间。

在双调谐吸收腔腔盖112上开有两个螺孔，通过该两个螺孔，分别向 双调谐吸收腔内插入第一调谐螺钉114和第二调谐螺钉115。

第一调谐螺钉113和第二调谐螺钉114均位于双调谐吸收腔宽边(垂 直双调谐吸收腔轴线方向)的中心，两者在水平面的投影，落在穿过上述 第一矩形波导孔121中心的水平线上。

对于第一调谐螺钉114来讲，其位于双调谐吸收腔长边(平行于双调 谐吸收腔轴线方向)的中心附近，本实施例中，第一调谐螺钉114与所述 双调谐吸收腔未封闭端的距离L₁、直径D₁满足：0.28L≤D₁≤0.36L，0.4L ≤L₁≤0.45L，其中，L为矩形谐振腔长边的长度。

该第一调谐螺钉114通过电容调谐来微调双调谐吸收腔110内TM₁₁₀模式的谐振频率，使其与双间隙耦合腔110中具有2π模场形分布非工作 模式TM₀₁₀模谐振。

对于第二调谐螺钉115来讲，其位于双调谐吸收腔长边的3/4处附近， 本实施例中，第二调谐螺钉115与双调谐吸收腔110未封闭端的距离L₂， 直径D₂满足：0.16L≤D₂≤0.24L，0.7L≤L₂≤0.75L。

第二调谐螺钉115通过电容调谐来微调双调谐吸收腔TM₂₁₀模式的谐 振频率，使其与双间隙耦合腔中具有2π模场形分布非工作模式TM₁₁₀模 谐振。

需要说明的是，该两调谐螺钉114和115进入双调谐吸收腔内的深度 是在后期调试过程中确定的，并没有具体的范围。只要其调试后最终实现 该双调谐吸收腔同时谐振于TM₁₁₀模式和TM₂₁₀模式就可以。在调试完成 之后，该第一调谐螺钉和第二调谐螺钉焊接于双调谐谐振腔110上，插入 其中的深度保持不变。

请参照图2A和图2B，多注速调管双间隙输出腔200包括：腔体210， 上腔盖220，下腔盖230，三者共同围成封闭一输出腔。该输出腔被耦合 膜片240分割为上下结构的双间隙输出腔。

在耦合膜片240的径向外围设置左右对称的两弧形耦合槽(241和 242)。其中，右侧的弧形耦合槽241对准第二矩形波导孔122。该第二矩 形波导孔122与双调谐吸收腔左侧的第一矩形波导孔121对齐。左侧弧形 耦合槽242的位置设置耦合环243，该双间隙耦合腔工作模式的功率通过 该耦合环243并经由该耦合环外围的输出矩形波导244向外输出。

此外，为了装配的需要，在双间隙耦合腔朝向调谐吸收腔的一侧设置 定位台阶211，在装配时，该双调谐吸收腔被卡入该定位台阶211内，以 利于两矩形波导孔121和122的定位和对准。

本实施例中，双调谐吸收腔110、调谐螺钉114和115的材料均为无 氧铜。以下介绍本实施例吸收腔装置的装配过程：首先，在腔体111、腔 盖112的相关部位涂覆烧结微波衰减材料；而后，将腔体111和腔盖112 焊接在一起，构成双调谐吸收腔110；再后，将双调谐吸收腔110卡入多 注速调管双间隙耦合腔200右侧的定位台阶211上，第一矩形波导孔121 和第二矩形波导孔122对齐，将两者进行焊接。

至此，本实施例抑制多注速调管双间隙耦合腔2π模振荡的吸收腔装 置介绍完毕。

在本发明的另一个示例性实施例中，还提供了一种上述吸收腔装置的 调试方法，该调试方法包括：变换第一调谐螺钉114和第二调谐螺钉115 插入双调谐吸收腔110内的深度，寻找使双调谐吸收腔同时谐振在TM₁₁₀模式和TM₂₁₀模式的位置，找到之后，将第一调谐螺钉114和第二调谐螺 钉115焊接在腔体111上。

至此，本实施例抑制多注速调管双间隙耦合腔2π模振荡的吸收腔装 置的调试方法介绍完毕

至此，已经结合附图对本发明两个实施例进行了详细描述。依据以上 描述，本领域技术人员应当对本发明抑制双间隙耦合腔2π模振荡的吸收 腔装置及其调试方法有了清楚的认识。

此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具 体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换， 例如：(1)上述实施例以多注速调管双间隙耦合腔为例进行说明，本发明 对于其他类型的双间隙耦合腔同样适用，本领域技术人员应当清楚，此处 不再赘述。

综上所述，本发明通过选择吸收腔的形状和尺寸、涂覆材料参数，并 调节调谐螺钉的直径、所在位置和插入双调谐吸收腔内的深度，使双调谐 吸收腔同时谐振在TM₁₁₀模式和TM₂₁₀模式的位置和尺寸，可以有效地抑 制多注速调管双间隙耦合腔输出电路中具有2π模场形分布的两个非工作 模式的振荡，消除由该类振荡引起的多注速调管的不稳定性，同时降低杂 谱电平，同时对具有π模场形分布的工作模式的加载很小。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而 已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。