行波管管体收集极装配结构、行波管及装配方法

摘要

本发明提供一种行波管管体收集极装配结构、行波管及装配方法。包括：行波管管体，包括输出端盖；收集极组件，包括内收集极、收集极瓷筒、外收集极和过渡环；以及设置在所述输出端盖和所述过渡环之间的至少一个垫片。本发明利用一系列已知厚度的垫片补充实际距离和设计距离之差，可以得到收集极与管体精确装配的行波管。通过根据本发明的方法精确控制收集极与管体之间的距离得到的收集极在收集极回收效率方面得到显著改善。

说明书

技术领域

本发明涉及微波真空电子器件领域，具体涉及一种行波管管体收集极装配结构、行波管及装配方法。

背景技术

空间行波管主要由电子枪(含阴极组件)、高频系统和收集极三部分组成。行波管是一种功率放大器，其基本原理是通过高频慢波系统把电子注能量转化为微波能量。其基本工作原理是，从阴极发射出的电子，在电子枪中被加速形成电子束，并被射入高频慢波系统，由周期磁聚焦系统维持成细电子束，穿过螺旋线并实现电子能转化为微波能，从而使信号得到放大。被放大的微波信号通过输能耦合系统进入天线发射系统。已交出部分能量的电子束，最后进入多级降压收集极，在到达收集电极之前被减速，使得部分能量得以回收，剩余的电子能量轰击收集极，并转化为热能。

收集极是行波管的重要组成结构，主要由外收集极、收集极瓷筒、内收集极组成。提高收集极的电子效率是提高行波管效率的重要手段。对于大功率行波管，高效率收集极不仅能提高整管效率，还可以有效减少收集极的热耗，对提高行波管可靠性也十分重要。电子注进入收集极入口的位置，尤其是行波管输出腔和第一内收集极电极的位置，对收集极的效率有直接影响。常规装配工艺通过装配模具装配精度，或零件自身精度保证各内收集极轴心对中和内收集极的极间距离。但经过钎焊后，收集极的内收集极，尤其内收集极的位置与设计值存在偏离，从而影响收集极效率，影响行波管的整管效率。并且由于零件和焊接工艺一致性等问题，导致收集极焊接各电极轴向尺寸存在差异。这一差异将导致电子注出口与收集极入口位置不合适，从而影响了大功率行波管的整管效率、收集极热耗和整管可靠性。由此，为了保证整管效率，需要寻找一种精确装配收集极的方法，特别是对行波管输出腔和收集极进行精确装配的方法。

发明内容

鉴于上述问题，本发明要解决的第一个技术问题是提供一种行波管管体收集极装配结构，借以提高收集极回收效率。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种包括如上所述收集极装配结构的行波管。

本发明要解决的第三个技术问题是提供一种行波管收集极装配方法。借以提高行波管输出腔和收集极的精确度，以提高收集极回收效率。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种行波管管体收集极装配结构，该结构包括：

行波管管体，包括输出端盖；

收集极组件，包括内收集极、收集极瓷筒、外收集极和过渡环；以及设置在所述输出端盖和所述过渡环之间的至少一个垫片。

优选地方案是，所述垫片的材料与所述输出端盖材料或所述过渡环材料相同。

优选地方案是，所述输出端盖边缘形成有凹台结构。

优选地方案是，所述垫片选自厚度不同的多个垫片组，每一垫片组的垫片厚度选自0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm或0.5mm。

优选地方案是，所述垫片厚度选自0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、 0.4mm或0.5mm。

为解决上述第二个技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种行波管，包括如上所述行波管管体收集极装配结构。

为解决上述第三个技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种行波管收集极装配方法，包括如上所述行波管，该方法包括：

通过将管体输出端盖边缘减薄预定厚度，增加输出端盖凹台结构的深度；

测量收集极组件中内收集极电子注入口距离过渡环的距离；

组装行波管管体和收集极，

在管体输出端盖和收集极过渡环之间增加垫片，以使内收集极电子注入口距管体电子注出口的距离符合设计要求。

优选地方案是，获得所述预定厚度的方法包括：

组装并钎焊多个收集极组件，

测量每一收集极组件中内收集极电子注入口距离过渡环的距离，

计算各测量距离与收集极组件中内收集极电子注入口距离过渡环的设计尺寸的差值，将计算差值中的最大值作为所述预定厚度。

优选地方案是，该方法进一步包括通过氩弧焊将组装的行波管管体、垫片和收集极焊接在一起。

优选地方案是，所述垫片选自厚度不同的多个垫片组，每一垫片组的垫片厚度选自0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm或0.5mm。

本发明的有益效果如下：

本发明通过将管体的输出端盖与收集极过渡环配合的凹台结构的深度由设计高度增加为设计高度与预测最大配合误差之和，使得在整管装配时通过增加垫片厚度精确调节收集极电子注入口处距离管体电子注出口处之间的距离为成为可能。通过实际测量钎焊收集极组件中收集极电子注入口距离过渡环表面的距离，利用一系列已知厚度的垫片补充实际距离和设计距离之差，可以得到收集极与管体精确装配的行波管。通过根据本发明的方法精确控制收集极与管体之间的距离得到的收集极在收集极回收效率方面得到显著改善。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：

图1a以及图1b示出现有技术的行波管管体和收集极装配结构示意图。

图2a以及图2b示出根据本发明的行波管管体收集极装配结构制备流程图.

图3a示出本发明管体输出端盖的结构示意图。

图3b示出图3a中A部放大示意图。

图4a示出根据本发明一个实施例的行波管管体收集极装配结构示意图。

图4b示出图4a中Ⅰ部放大示意图。

图5a示出根据本发明另一个实施例的行波管管体收集极装配结构示意图。

图5b示出图5a中Ⅱ部放大示意图。

图6示出本发明提供收集极结构回收效率设计值的仿真图。

图7示出本发明实例1提供收集极结构回收效率的仿真图。

图8示出本发明实例2提供收集极结构回收效率的仿真图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

图1a以及图1b示出现有技术的行波管管体和收集极装配结构示意图。如图所示，装配结构100包括行波管管体110和收集极组件120。收集极组件 120例如包括第一内收集极121、收集极瓷筒122、外收集极123和收集极过渡环124，其中收集极瓷筒122被固定于第一内收集极121与外收集极123 之间，行波管管体110在输出腔侧通过输出端盖111焊接在一起。

如图1a以及图1b所示，收集极组件包含第一内收集极，本领域技术人员可以理解，收集极组件根据需要可以包括多个内收集极，例如收集极组件还包括有除第一内收集极外的第二内收集极和第三内收集极，构成多级降压收集极结构，本发明对此不作限制。本发明中输出端盖和收集极组件具有同轴设置的中心孔，用于电子注从高频慢波结构行进至收集极中。

输出端盖在收集极一侧具有朝向收集极凹陷的凹台112，凹台的深度D 和直径分别与收集极过渡环的厚度h和内径匹配。对于图1a以及图1b所示常规行波管，第一内收集极朝向管体一侧的端部距管体电子注出口的设计尺寸，在装配收集极组件时，借助模具控制第一内收集极朝向管体一侧的端部距收集极过渡环的距离L1实现控制。钎焊得到收集极组件后，控制输出端盖和过渡环的轴向装配尺寸并进行焊接，实现管体与收集极组件的固定。以这种方式得到的行波管，经分析发现，由于零件的公差尺寸、焊料的添加量以及钎焊工艺的焊料流散程度不同等因素，导致收集极组件中，第一内收集极距过渡环表面的距离与设计尺寸相比存在误差。以某频段空间行波管为例，收集极组件该位置存在±0.5mm的偏差，会影响1-2％收集极回收效率，如图 5对比例所示。

为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种精确控制收集极关键尺寸的结构和方法。首先该方法包括：

步骤S1，预测收集极组件的装配尺寸的误差。

按照常规结构，预先组装并钎焊得到若干个例如3-5个收集极组件试验件120，如图2a以及图2b所示。测量得到的各试验件第一内收集极朝向管体一侧的端部距收集极过渡环表面的实测距离L1’。将该实测距离L1’与第一内收集极距收集极过渡环设计距离L1进行比较，计算各收集极组件的预测装配误差δ＝L1’-L1，得到预测误差集合[δ1，δ2]，其中δ1为预测误差最小值，δ2 为预测误差最大值。

步骤S2，根据预测的装配误差，增加管体输出端盖的凹台结构的深度。

图3a示出管体输出端盖111的示意图，图3b示出图3a中A部放大示意图。端盖在朝向收集极组件侧具有凹台结构112。凹台结构的端盖与收集极组件的过渡环匹配将管体与收集极组件焊接在一起。可以理解，端盖也可以与过渡环的结构匹配，设计为在朝向收集极组件侧具有凸台结构，或者具有平面结构。本发明对此不做限定。下面参照附图以凹台结构的端盖为例进行说明。

管体输出端盖凹台112的原始设计凹台深度为D。根据步骤1中得到的预测装配误差，通过减薄端盖边缘的厚度，即增加凹台的深度，使得端盖与收集极组件过渡环匹配的凹台结构的深度调整为D+δ2。换一种方式进行描述，在不改变端盖整体厚度的情况下，通过减薄端盖边缘的厚度，将凹台台阶的深度增加到设计尺寸D与最大预测装配误差δ2之和。

步骤S3，组装和钎焊收集极组件。测量得到的收集极组件中第一内收集极电子注入口处距收集极过渡环的距离，确定补偿高度。

利用模具组装收集极组件并进行钎焊，得到钎焊后的收集极组件120。针对每一个收集极组件，测量收集极组件中第一内收集极朝向管体一侧电子注入口端距收集极过渡环表面的距离L1’，计算实测距离L1’与设计尺寸L1之间的实测误差δ。根据预测误差δ2和实测误差δ，确定该收集极组件过渡环的过渡环补偿高度。

步骤S4，组装管体、输出端盖和收集极组件，在输出端盖和收集极过渡环之间设置垫片以使管体电子注输出口和收集极电子注输入口之间距离满足设计要求。

利用模具组装管体、输出端盖和收集极组件。在收集极过渡环上方设置厚度为δ2-δ的垫片。垫片的材料可以与过渡环材料或端盖的材料相同，垫片的内径和外径与过渡环的内外径对应设置。垫片是厚度分别为0.05mm、0.1mm、 0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm之间的多组垫片，以使不同厚度的垫片的组合能够满足补偿高度的要求。

步骤S4，将组装好的结构进行焊接，得到尺寸精确控制的管体收集极装配结构。

图4a示出了根据本发明实例1的管体收集极装配结构400，结合图4b所示，管体收集极装配结构400包括行波管管体410、收集极组件420和设置在管体和收集极组件之间的若干垫片430。收集极组件220包括第一内收集极 421、收集极瓷筒422、外收集极423和收集极过渡环424。行波管管体包括输出端盖411，输出端盖具有与收集极组件过渡环配合的凹台或凸台结构，中心处设置有用于电子注行进的通孔。所述若干垫片设置在输出端盖边缘(即凹台结构的底面)与过渡环之间，垫片的厚度使得第一收集极朝向管体一侧的端部距离管体电子注出口处的距离符合设计要求。

实例1

根据实例1的管体收集极装配结构如图4a所示。在该实例1中，输出端盖411凹台结构设计的原始凹台结构深度D为0.5mm，调整尺寸δ2为0.15mm；第一内收集极距过渡环的实测距离L1’为1.45mm，设计距离L1为1.55mm，δ＝(L1’-L1)＝0.1mm，在收集极过渡环上方设置厚度为δ2-δ的垫片，垫片厚度为0.15-(-0.1)＝0.25mm，为1个厚度为0.05mm、2个厚度为0.1mm的垫片的组合，装配误差与设计尺寸为0。本实例得到的收集极装配结构的收集极回收效率为74.10％，参照图6与图7所示。

实例2

根据实例1的管体收集极装配结构如图4a所示。在实例2中，结合图5a 以及图5b所示，输出端盖411凹台结构设计的原始凹台结构深度D为0.5mm，调整尺寸δ2为0.15mm；第一内收集极距过渡环的实测距离L1’为1.6mm，设计距离L1为1.55mm，δ＝(L1’-L1)＝0.05mm，在收集极过渡环上方设置厚度为δ2-δ的垫片，垫片厚度为0.15+0.05＝0.1mm，为1个厚度为0.1mm的垫片，装配误差与设计尺寸为0。本实例得到的收集极装配结构的收集极回收效率为 74.10％，参照图6与图8所示。

对比例1

根据实例1的管体收集极装配结构所示。在对比例1中，输出端盖凹台结构设计的原始凹台结构深度D为0.5mm，收集极组件中第一内收集极距过渡环的实测距离L1为1.45mm。对比例1得到的收集极装配结构的收集极回收效率为72.96％。

对比例2

根据实例2的管体收集极装配结构所示。在对比例2中，输出端盖凹台结构设计的原始凹台结构深度D为0.5，收集极组件中第一内收集极距过渡环的实测距离L1为1.6。对比例1得到的收集极装配结构的收集极回收效率为73.37％。

根据本发明的方法，通过将管体的输出端盖与收集极过渡环配合的凹台结构的深度由设计高度增加为设计高度与预测最大配合误差之和，使得在整管装配时通过增加垫片厚度精确调节收集极电子注入口处距离管体电子注出口处之间的距离为成为可能。通过实际测量钎焊收集极组件中收集极电子注入口距离过渡环表面的距离，利用一系列已知厚度的垫片补充实际距离和设计距离之差，可以得到收集极与管体精确装配的行波管。结合图6至图8所示，根据本发明实例1和实例2，设计回收效率为74.10％。对比例1和对比例2的回收效率分别是72.96％和73.37％，二者之间的误差是1.14和0.73个百分点。可以看出，在设计参数完全相同的情况下，通过根据本发明的方法精确控制收集极与管体之间的距离得到的实例1和实例2的在收集极回收效率方面得到显著改善。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。