CN205069836U - S波段连续波注入锁频磁控管 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种S波段连续波注入锁频磁控管。该S波段连续波注入锁频磁控管包括：磁控管本体，其底部环形设置6N个阳极块，N≥1；以及能量输出器，包括环形对称的三根天线，该三根天线的外侧连接段隔120°分别与磁控管本体底部相应的一阳极块相连，内侧过渡段汇总在一起。本实用新型S波段连续波注入锁频磁控管在π模工作时，与天线相连的三个阳极块所处电位相同，当外部信号注入时，外部稳定信号经三天线注入磁控管本体中，相当于三个相对独立的信号源，且每个信号源的负载部分相当于整腔的三分之一，相对于现有技术的单天线设计能够更迅速形成π模电场分布，继而将磁控管的频率锁定。

Description

S波段连续波注入锁频磁控管

技术领域

本实用新型涉及微波领域，尤其涉及一种S波段连续波注入锁频磁控管。

背景技术

微波能是一种高效、清洁的能源，具有广阔的发展和应用前景。磁控管是效率最高的大功率微波源，在军事、民用领域都得到了广泛的应用，其已经被证明是最高效和经济的工业用微波发生器。然而，单支磁控管输出功率有限，在寿命、功率方面的设计水平和能力尚不能满足工业应用的要求，因此要对多只磁控管进行相干功率合成。功率合成的前提是频率和相位的一致性。解决这个问题最好的方法就是对普通磁控管进行注入锁频，使得磁控管的输出频率与注入信号频率一致，并获得稳定的输出相位差。合理的能量输出器，在保证磁控管大功率能量输出的同时，还能够使磁控管易于锁定，提高频率的稳定度。

S波段大功率连续波注入锁频磁控管要求频率稳定性高，功率容量大，且易于锁定。目前，对于S波段大功率连续波磁控管，一般采用单根天线不对阵轴向引出的能量输出器。请参照图1，在此类的能量输出器中，单根输出天线与阳极相连，然后轴向引出。

在不断的生产实践过程中，申请人发现S波段大功率连续波磁控管的单天线引出方式，尽管能够满足磁控管能量输出的需求，但注入信号形成稳定振荡所需时间较长，甚至难以形成稳定振荡。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本实用新型提供了一种S波段连续波注入锁频磁控管，以提高其输出性能。

(二)技术方案

本实用新型S波段连续波注入锁频磁控管包括：磁控管本体，其底部环形设置6N个阳极块，N≥1；以及能量输出器，包括环形对称的三根天线，该三根天线的外侧连接段隔120°分别与磁控管本体底部相应的一阳极块相连，内侧过渡段汇总在一起。优选地，N＝1、2或3。

优选地，本实用新型S波段连续波注入锁频磁控管中，能量输出器还包括：输出同轴内导体和输出窗；其中，三根天线的内侧过渡段汇总在一起与轴向中心的输出同轴内导体相连，输出窗设置于输出同轴内导体的外侧。

优选地，本实用新型S波段连续波注入锁频磁控管中，输出窗设置于6N个阳极块下方的磁控管本体轴向中心处，与输出同轴内导体同轴线设置，包围于输出同轴内导体的外侧。

优选地，本实用新型S波段连续波注入锁频磁控管中，三根天线和输出同轴内导体采用无氧铜材料制备，输出窗采用陶瓷材料制备。

优选地，本实用新型S波段连续波注入锁频磁控管还包括：极靴，设置于磁控管本体底部6N个阳极块的下方，其采用平板或锥形结构。

优选地，本实用新型S波段连续波注入锁频磁控管中，极靴的纵向位置位于输出同轴内导体的位置，输出同轴内导体穿过开设于极靴上的通孔；或极靴的纵向位置位于三根天线的外侧连接段和内侧过渡段之间，能量输出器中三根天线分别穿过开设于极靴上的通孔。

优选地，本实用新型S波段连续波注入锁频磁控管中，极靴采用铁或铝镍钴合金材料制备。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本实用新型S波段连续波注入锁频磁控管具有以下有益效果：

(1)其能量输出器采用了环形对称三天线设计，三根天线隔120°与相应的阳极块相连，且最终汇总并与轴向中心的输出同轴内导体相连，在磁控管π模工作时，与天线相连的三个阳极块所处电位相同，当外部信号注入时，外部稳定信号经三天线注入磁控管本体中，相当于三个相对独立的信号源，且每个信号源的负载部分相当于整腔的三分之一，相对于现有技术的单天线设计能够更迅速形成π模电场分布，继而将磁控管的频率锁定；

(2)与单天线设计相比，环形对称三天线提高了磁控管的机械强度，且环形对称的方式使能量输出器对π模扰动较小，负载基本不与非π模式耦合，从而提高了磁控管的频率稳定性；

附图说明

图1为现有技术单根天线不对阵轴向引出的能量输出器的结构示意图；

图2为根据本实用新型实施例S波段连续波注入锁频磁控管的三维示意图；

图3为图2所示S波段连续波注入锁频磁控管的轴向截面示意图；

图4为图2所示S波段连续波注入锁频磁控管的能量输出器的底视图。

【主要元件】

1-输出天线；2-极靴；

3-输出同轴内导体；4-输出窗。

具体实施方式

本实用新型提供了一种S波段连续波注入锁频磁控管，其能量输出器采用轴向环形对称三天线的输出方式，三根天线彼此间隔120°与阳极相连，从而减小能量输出器对工作模式(π模)的扰动，同时有利于快速实现磁控管注入锁频并提高频率锁定的稳定度。

在本实用新型的一个示例性实施例中，提供了一种S波段连续波锁频磁控管。请参照图2、图3和图4，本实施例S波段连续波锁频磁控管包括：磁控管本体，其底部环形设置6N个阳极块，N≥1；能量输出器，其输出天线采用环形对称三天线设计，包括环形对称的三根天线，该三根天线的外侧连接段隔120°分别与磁控管本体中相应的阳极块相连，其内侧过渡段汇总在一起。

以下对本实施例S波段连续波注入锁频磁控管的各个组成部分分别进行详细说明。

请参照图2～图4，磁控管本体的底部环形设置6N个阳极块，其一方面满足S波段连续波锁频磁控管中阳极块的数目应当是偶数的限定，另一方面为后续环形对称的三根天线的连接提供基础。

本实施例中，磁控管本体的底部环形设置12个阳极块。而在本实用新型其他实施例中，阳极块的数目还可以为6、18或24。

此外，在6N个阳极块的下方，设置有极靴2。该极靴提供磁控管工作所需的磁场，其可以采用平板或锥形结构。关于该极靴2，其在输出过程中还将有其他作用，将在下文中进行详细说明。

除了阳极块和极靴之外，本实施例中的磁控管本体的其他部分与现有技术中磁控管的相应部分基本一致，并且可以适用于现有技术中磁控管的各种变形形式，此处不再对其进行详细说明。

请参照图2，能量输出器包括：输出天线1、输出同轴内导体3和输出窗4。其中，输出天线1采用环形对称的三天线设计，包括：环形对称的三根天线，该三根天线的外侧连接段隔120°与磁控管本体底部相应的一阳极块相连，经内侧过渡段汇总在一起与轴向中心的输出同轴内导体3相连。输出窗4设置于输出同轴内导体3的外侧。

其中，三根天线将阳极块间隙的高频电场导出，从而产生微波，并将其通过输出窗4发射出去，同时，三根天线将注入信号迅速引入阳极间隙，形成稳定的π模电场分布。

本领域技术人员可以理解的是，在磁控管π模工作时，与天线相连的三个阳极块所处电位相同，当外部信号注入时，外部稳定信号经三天线注入磁控管本体中，相当于三个相对独立的信号源，且每个信号源的负载部分相当于整腔的三分之一，相对于原方案中的单天线设计能够更迅速形成π模电场分布，继而将磁控管的频率锁定。

同时，与单天线设计相比，环形对称三天线提高了磁控管的机械强度，且环形对称的方式使能量输出器对π模扰动较小，负载基本不与非π模式耦合，从而提高了磁控管的频率稳定性。

请参照图2和图3，极靴2设置于磁控管本体底部的6N个阳极块的下方，其在三根天线通过的地方开孔，与三根天线组成同轴传输区域。极靴一方面构成磁控管的磁路***，为磁控管正常工作提供所需的磁场，另一方面与天线一起构成微波传输通道。

输出同轴内导体3设置于6N个阳极块下方的磁控管本体轴向中心处，并与三根天线的内侧过渡段相连，由于三根天线是相邻间隔120°环形对称的，因此在π模工作模式下各天线的电位、相位均相同，因此同轴内导体可以最大程度传输微波能量，不会产生较大的能量损失；

输出窗4同样设置于6N个阳极块下方的磁控管本体轴向中心处，与输出同轴内导体同轴线设置，包围于输出同轴内导体3的外侧，成为电磁波进出磁控管的传输通道，同时其也对磁控管起到密封的作用，在实际应用中，输出窗4***到激励腔中进行微波能量的输入输出；

本实施例中，输出天线1、输出同轴内导体3采用无氧铜材料制备，极靴2采用纯铁材料制备，输出窗4采用陶瓷材料制备。此外，本领域技术人员还可以根据需要选择相应的材料，例如：极靴还可以采用铝镍钴合金材料制备。

至此，已经结合附图对本实用新型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实用新型S波段连续波注入锁频磁控管有了清楚的认识。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。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)还可以将三输出天线在极靴与阳极之间处于同轴内导体相连，然后极靴轴向中心开孔，与同轴内导体组成同轴线传输电磁波；

(2)可以用锥形极靴来代替平板极靴，且根据极靴与天线的相对位置开孔，在斜线部位可以倾斜开孔。

(3)实施例中的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本实用新型的保护范围；

综上所述，本实用新型提供了一种采用环形对称三天线能量输出的S波段连续注入锁频磁控管，三根天线彼此间隔120°分别与相应的一阳极相连，从而减小能量输出器对工作模式(π模)的扰动，同时可以更加稳定、迅速地将注入信号引入阳极间隙，形成稳定的π模场分布，有利于快速实现磁控管注入锁频并提高频率锁定的稳定度，具有较好的推广应用价值。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种S波段连续波注入锁频磁控管，其特征在于，包括：

磁控管本体，其底部环形设置6N个阳极块，N≥1；以及

能量输出器，包括环形对称的三根天线，该三根天线的外侧连接段隔120°分别与磁控管本体底部相应的一阳极块相连，内侧过渡段汇总在一起。

2.根据权利要求1所述的S波段连续波注入锁频磁控管，其特征在于，所述能量输出器还包括：输出同轴内导体和输出窗；

其中，所述三根天线的内侧过渡段汇总在一起与所述轴向中心的输出同轴内导体相连，所述输出窗设置于输出同轴内导体的外侧。

3.根据权利要求2所述的S波段连续波注入锁频磁控管，其特征在于，所述输出窗设置于6N个阳极块下方的磁控管本体轴向中心处，与所述输出同轴内导体同轴线设置，包围于所述输出同轴内导体的外侧。

4.根据权利要求2所述的S波段连续波注入锁频磁控管，其特征在于，所述三根天线和输出同轴内导体采用无氧铜材料制备，所述输出窗采用陶瓷材料制备。

5.根据权利要求2所述的S波段连续波注入锁频磁控管，其特征在于，还包括：

极靴，设置于所述磁控管本体底部6N个阳极块的下方，其采用平板或锥形结构。

6.根据权利要求5所述的S波段连续波注入锁频磁控管，其特征在于：

所述极靴的纵向位置位于所述输出同轴内导体的位置，所述输出同轴内导体穿过开设于所述极靴上的通孔；或

所述极靴的纵向位置位于所述三根天线的外侧连接段和内侧过渡段之间，所述能量输出器中三根天线分别穿过开设于所述极靴上的通孔。

7.根据权利要求5所述的S波段连续波注入锁频磁控管，其特征在于，所述极靴采用纯铁或铝镍钴合金材料制备。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的S波段连续波注入锁频磁控管，其特征在于，所述N＝1、2或3。