專利名稱：一種用于空間行波管的四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于微波電真空器件領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種用于空間行波管的四級(jí)降 壓收集極結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
空間行波管是航天有效載荷系統(tǒng)主要的微波功率放大部件，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星有效 載荷系統(tǒng)的通信導(dǎo)航轉(zhuǎn)發(fā)器、高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、微波遙感儀器和測(cè)控系統(tǒng)中?？臻g行波管 較普通行波管具有效率高、體積小、重量輕，和可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此研制難度大，對(duì) 設(shè)計(jì)和工藝水平要求高。從原理上講，行波管的電子注在將部分能量交給增幅波后，余下的能量將在電子 打上收集極時(shí)變成熱能損耗掉，為了提高行波管的效率，就應(yīng)該采取措施減少這一部分的 能量損耗。消耗在收集極上的能量與收集極的電位有關(guān)，收集極電位如果低于慢波系統(tǒng)的 電位，則慢波系統(tǒng)與收集極之間就出現(xiàn)了減速場(chǎng)，收集極電位越低，減速場(chǎng)越強(qiáng)，電子離開(kāi) 慢波系統(tǒng)進(jìn)入收集極時(shí)所受到的減速場(chǎng)越大，電子打上收集極的速度越小，消耗在收集極 上的能量也越小，同時(shí)，還可以降低對(duì)冷卻系統(tǒng)的要求。收集極降壓后，效率明顯提高，但收集極的電壓也并非降得越低越好。因?yàn)殡娮幼?和微波信號(hào)交換能量之后，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的速度零散現(xiàn)象。進(jìn)入收集極區(qū)的是具有速度分布 的電子注，收集極電壓過(guò)低時(shí)，許多低速電子將不能克服慢波系統(tǒng)與收集極間的減速場(chǎng)而 打上收集極，這些電子將返轉(zhuǎn)到慢波系統(tǒng)區(qū)中，擾亂了行波管的正常工作。為了克服這種現(xiàn) 象，可采用多級(jí)降壓收集極，對(duì)不同速度的電子進(jìn)行最有效的“能量回收”。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種于空間行波管的四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)，以滿足空間 間行波管效率高、體積小、重量輕，和可靠性高的要求。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為—種用于空間行波管的四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)，包括筒狀外殼，其特征在于外殼 內(nèi)設(shè)置有四級(jí)同軸設(shè)置的內(nèi)芯，第一級(jí)內(nèi)芯為中空的錐形盤狀，錐形盤前端突出部連通有 端口，所述端口從外殼一端殼口伸出外殼，第一級(jí)內(nèi)芯的圓盤狀后端的圓周上設(shè)置有的倒 鉤，第二級(jí)內(nèi)芯、第三級(jí)內(nèi)芯均為筒狀，在第二、第三級(jí)內(nèi)芯的兩端圓周上分別設(shè)置有倒鉤， 第二級(jí)內(nèi)芯前部為突出部伸入至所述第一級(jí)內(nèi)芯中，所述第一級(jí)內(nèi)芯、第二級(jí)內(nèi)芯和第三 級(jí)內(nèi)芯依次相連且內(nèi)部相通，在前三級(jí)內(nèi)芯與外殼之間的空腔內(nèi)還設(shè)置有套在前三級(jí)內(nèi)芯 外部的陶瓷，第四級(jí)內(nèi)芯為平板狀，位于所述第三級(jí)內(nèi)芯后部端筒口處，在第四級(jí)內(nèi)芯的中 心連接有頂針，所述頂針沿第三級(jí)內(nèi)芯中心軸線伸入至第三級(jí)內(nèi)芯中，所述第四級(jí)內(nèi)芯背 部連接有陶瓷；還包括有蓋在外殼另一端殼口的端蓋，端蓋上開(kāi)有多個(gè)通孔，多個(gè)絕緣子分 別安裝在端蓋的通孔中，所述端蓋上還連接有與外殼內(nèi)的空腔連通的排管。所述的一種用于空間行波管的四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述外殼分為兩段，一段外殼套在所述第一級(jí)內(nèi)芯和第二級(jí)內(nèi)芯外，另一段外殼套在所述第三級(jí)內(nèi)芯和 第四級(jí)內(nèi)芯外。所述的一種用于空間行波管的四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述外殼和端 蓋均采用可伐材料，端蓋為圓形端蓋，端蓋上開(kāi)有四個(gè)均勻分布在端蓋上的通孔，所述絕緣 子有三個(gè)，分別安裝在三個(gè)通孔中，另一個(gè)通孔上連通有排管。所述的一種用于空間行波管的四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述前三級(jí)內(nèi) 芯均采用無(wú)氧銅材料制成，第一級(jí)內(nèi)芯的端口采用鉬材料制成。所述的一種用于空間行波管的四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)，其特征在于第四級(jí)內(nèi)芯采 用鈦材料制成。所述的一種用于空間行波管的四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述陶瓷為氧 化鈹材料制成。本實(shí)用新型由內(nèi)芯、陶瓷、外殼(分兩段)和端蓋組成。根據(jù)本實(shí)用新型的用于空間行波管的四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)，其內(nèi)芯前三級(jí)采用帶 有花瓣結(jié)構(gòu)的無(wú)氧銅材料；第四級(jí)采用平板針狀結(jié)構(gòu)，材料選用具有吸氣性能的鈦，可以提 高行波管的真空度。陶瓷采用具有良好散熱能力的氧化鈹材料，外殼及后蓋采用可伐4J34 材料。根據(jù)本實(shí)用新型的用于空間行波管的四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)，收集極第一級(jí)內(nèi)芯采 用將端口伸進(jìn)輸出倉(cāng)室的結(jié)構(gòu)形式，端口放在聚焦區(qū)最后一片磁片的中心位置，開(kāi)口半徑 取為電子注通道半徑的2倍。伸進(jìn)倉(cāng)室的部分采用耐電子轟擊的鉬材料，保證高溫下不變 形。根據(jù)本實(shí)用新型的用于空間行波管的四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)，其端蓋上焊有四個(gè)絕 緣子和一根排管，絕緣子用于穿過(guò)收集極各級(jí)上的電壓引線，排管用于焊接鈦泵進(jìn)行行波 管的排氣。本發(fā)明的有益效果是，計(jì)算的電子回收效率高達(dá)72. 51%，實(shí)際測(cè)試得到電子回收 效率為66.6%，大大提高了管子的總效率。另外，該結(jié)構(gòu)重量輕、體積小、散熱能力強(qiáng)，具有 很高的可靠性，適合應(yīng)用于空間行波管。

圖1為本實(shí)用新型計(jì)算結(jié)果示意圖。圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)剖視圖。圖3為本實(shí)用新型第一級(jí)內(nèi)芯結(jié)構(gòu)圖，其中圖3a為剖視圖，圖3b為俯視圖。圖4為本實(shí)用新型端蓋俯視圖。
具體實(shí)施方式
一種用于空間行波管的四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)，包括筒狀外殼，外殼可分為兩段，一 段外殼1套在第一級(jí)內(nèi)芯3和第二級(jí)內(nèi)芯4外，另一段外殼2套在第三級(jí)內(nèi)芯5和第四級(jí) 內(nèi)芯6外。外殼內(nèi)設(shè)置有四級(jí)同軸設(shè)置的內(nèi)芯，第一級(jí)內(nèi)芯3為中空的錐形盤狀，錐形盤前 端突出部連通有端口，端口從外殼1 一端殼口伸出外殼，第一級(jí)內(nèi)芯3的圓盤狀后端的圓周
4上設(shè)置有的倒鉤，第二級(jí)內(nèi)芯4、第三級(jí)內(nèi)芯5均為筒狀，在第二、第三級(jí)內(nèi)芯4、5的兩端圓 周上分別設(shè)置有倒鉤，第二級(jí)內(nèi)芯4前部為突出部伸入至第一級(jí)內(nèi)芯3中，第一級(jí)內(nèi)芯3、第 二級(jí)內(nèi)芯4和第三級(jí)內(nèi)芯5依次相連且內(nèi)部相通，前三級(jí)內(nèi)芯3、4、5均采用無(wú)氧銅材料制 成，第一級(jí)內(nèi)芯3的端口采用鉬材料制成。在前三級(jí)內(nèi)芯3、4、5與外殼之間的空腔內(nèi)還設(shè) 置有套在前三級(jí)內(nèi)芯外部的陶瓷7，陶瓷7為氧化鈹材料制成。第四級(jí)內(nèi)芯6為平板狀，位 于第三級(jí)內(nèi)芯5后部端筒口處，第四級(jí)內(nèi)芯6采用鈦材料制成。在第四級(jí)內(nèi)芯6的中心連 接有頂針8，頂針8沿第三級(jí)內(nèi)芯6中心軸線伸入至第三級(jí)內(nèi)芯5中，第四級(jí)內(nèi)芯6背部連 接有陶瓷；陶瓷為氧化鈹材料制成。還包括有蓋在外殼另一端殼口的端蓋9，外殼1、2和端 蓋9均采用可伐材料，端蓋9為圓形端蓋，端蓋9上開(kāi)有四個(gè)均勻分布在端蓋9上的通孔， 絕緣子10有三個(gè)，分別安裝在三個(gè)通孔中，另一個(gè)通孔上連通有排管11。1)內(nèi)芯的原理設(shè)計(jì)。將利用大信號(hào)分析軟件進(jìn)行注波互作用計(jì)算后得到的具有速 度分布的電子注導(dǎo)入四級(jí)降壓收集極模型中，調(diào)整各級(jí)的電壓和形狀，最終得到能量回收 效率為72. 51%，其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖1。2)根據(jù)真空耐壓極限確定收集極各級(jí)內(nèi)芯的間距。為保證空間行波管具有足夠高 的可靠性，真空耐壓極限按8000V/mm計(jì)算，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，再在上述計(jì)算得到的耐壓距 離上乘以一個(gè)高于2的安全系數(shù)。3)根據(jù)陶瓷的體擊穿極限和表面耐壓極限，確定各級(jí)陶瓷的尺寸。陶瓷的體擊穿 極限按照20000V/mm計(jì)算，陶瓷表面耐壓極限按照1000V/mm計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)同樣在計(jì)算 得到的耐壓距離上乘以一個(gè)高于2的安全系數(shù)。為保證散熱，陶瓷的長(zhǎng)度根據(jù)各級(jí)內(nèi)芯上 的功率沉降情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。4)根據(jù)無(wú)氧銅、氧化鈹和可伐熱態(tài)下的膨脹系數(shù)，確定內(nèi)芯、陶瓷和外殼間的配合 尺寸，保證高溫下焊接時(shí)陶瓷不會(huì)斷裂。5)將第一級(jí)內(nèi)芯，外部的陶瓷和第一段外殼焊接成第一級(jí)收集極組件。6)將第二級(jí)內(nèi)芯與外部的陶瓷焊接成第二級(jí)收集極組件。7)將第三極內(nèi)芯，外部的陶瓷和另一段外殼焊接成第三級(jí)收集極組件。8)將第四級(jí)內(nèi)芯與外部的陶瓷焊接成第四級(jí)收集極組件。9)將第一級(jí)收集極組件、第二級(jí)收集極組件、第三級(jí)收集極組件組件和第四級(jí)收 集極組件焊接成收集極組件。10)將收集極組件和端蓋焊接起 ，形成四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求一種用于空間行波管的四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)，包括筒狀外殼，其特征在于外殼內(nèi)設(shè)置有四級(jí)同軸設(shè)置的內(nèi)芯，第一級(jí)內(nèi)芯為中空的錐形盤狀，錐形盤前端突出部連通有端口，所述端口從外殼一端殼口伸出外殼，第一級(jí)內(nèi)芯的圓盤狀后端的圓周上設(shè)置有的倒鉤，第二級(jí)內(nèi)芯、第三級(jí)內(nèi)芯均為筒狀，在第二、第三級(jí)內(nèi)芯的兩端圓周上分別設(shè)置有倒鉤，第二級(jí)內(nèi)芯前部為突出部伸入至所述第一級(jí)內(nèi)芯中，所述第一級(jí)內(nèi)芯、第二級(jí)內(nèi)芯和第三級(jí)內(nèi)芯依次相連且內(nèi)部相通，在前三級(jí)內(nèi)芯與外殼之間的空腔內(nèi)還設(shè)置有套在前三級(jí)內(nèi)芯外部的陶瓷，第四級(jí)內(nèi)芯為平板狀，位于所述第三級(jí)內(nèi)芯后部端筒口處，在第四級(jí)內(nèi)芯的中心連接有頂針，所述頂針沿第三級(jí)內(nèi)芯中心軸線伸入至第三級(jí)內(nèi)芯中，所述第四級(jí)內(nèi)芯背部連接有陶瓷；還包括有蓋在外殼另一端殼口的端蓋，端蓋上開(kāi)有多個(gè)通孔，多個(gè)絕緣子分別安裝在端蓋的通孔中，所述端蓋上還連接有與外殼內(nèi)的空腔連通的排管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于空間行波管的四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述外殼分為兩段，一段外殼套在所述第一級(jí)內(nèi)芯和第二級(jí)內(nèi)芯外，另一段外殼套在所述 第三級(jí)內(nèi)芯和第四級(jí)內(nèi)芯外。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于空間行波管的四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述外殼和端蓋均采用可伐材料，端蓋為圓形端蓋，端蓋上開(kāi)有四個(gè)均勻分布在端蓋上的 通孔，所述絕緣子有三個(gè)，分別安裝在三個(gè)通孔中，另一個(gè)通孔上連通有排管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于空間行波管的四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述前三級(jí)內(nèi)芯均采用無(wú)氧銅材料制成，第一級(jí)內(nèi)芯的端口采用鉬材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于空間行波管的四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)，其特征在于 第四級(jí)內(nèi)芯采用鈦材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于空間行波管的四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述陶瓷為氧化鈹材料制成。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于空間行波管的四級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)，內(nèi)芯前三級(jí)采用帶有花瓣結(jié)構(gòu)的無(wú)氧銅材料，第四級(jí)采用平板針狀結(jié)構(gòu)的鈦材料，陶瓷采用具有良好散熱能力的氧化鈹材料，外殼及后蓋采用可伐4J34材料。收集極第一級(jí)內(nèi)芯采用將端口伸進(jìn)輸出倉(cāng)室的結(jié)構(gòu)形式，端口放在聚焦區(qū)最后一片磁片的中心位置，開(kāi)口半徑取為電子注通道半徑的2倍，伸進(jìn)倉(cāng)室的部分采用耐電子轟擊的鉬材料。收集極各級(jí)上的電壓引線通過(guò)絕緣子由端蓋引出，同時(shí)端蓋上焊有連接鈦泵的排管。該結(jié)構(gòu)具有效率高、重量輕、體積小、散熱能力強(qiáng)，可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)，適合用于空間行波管。
文檔編號(hào)H01J25/34GK201758111SQ20102011557
公開(kāi)日2011年3月9日 申請(qǐng)日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者吳華夏, 法朋亭, 賀兆昌, 高紅梅 申請(qǐng)人:安徽華東光電技術(shù)研究所