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· 研 究 与 设 计 · S波段 800kW 同轴磁控管的研制 朱 程，潘春林 ，杨金生 (北京真空 电子技术研究所 ，北京 100016) DevelopmentofanS—Bandand800kW CoaxialM agnetron ZHUCheng。PANChun—lin，YANGJin—sheng (BeijingVacuum ElectronicsResearchInstitute，Beijing100016，China) Abstract：Resonancesystem ，coaxialresonancecavityandimpedancetransformerofanS—bandcoaxial magnetronareanalyzedinthispaper．Themainemphasesareputontheimprovedtechniquesusingdomes— ticmaterialandtechnology．Developmentofthetubeiscompletedsuccessfullybytheseimprovedtech— niques． Keywords：Resonancecavity；Introducingimpedance；Slotmode 摘要 ：对 s波段同轴磁控管的谐振系统、同轴谐振腔、阻抗变换器 的设计进行 了分析 ，重点论述结合 国内材料及工艺水平 所做的一系列工艺改进 ，通过这些改进 ，使得该管研制能顺利完成 。 关键词 ：谐振腔 ；引入阻抗 ；隙缝模 中图分类号 ：TN123 文献标识码 ：A 文章编号 ：1002--8935(2008)05—0O38—04 同轴磁控管是微波功率器件 中的一个重要管 该管为同轴磁控管，其设计结构有如下特点。 种 ，它不仅具有一般磁控管的优点，更具有频率稳定 1．1 内腔系统 度高 、频率稳定性好 的突出性能 ，适宜在动 目标显示 内腔为2O个叶片组成的扇形谐振腔 ，在谐振腔 雷达中应用。其基本结构由谐振腔 (内腔)、同轴谐 壁上开有 10条等宽等长的隙缝 (每相隔一小谐振腔 振腔 (外腔)、阴极、输 出组件、磁系统和调谐机构等 开有一条)，通过此 隙缝 ，内腔与外腔相耦合 (图 1)。 组成 ，磁控管在工作时 ，由阴极发射电子 ，在直流 电 取较少的腔数，主要是 由于使腔体损耗减小，固有品 场和磁场的共同作用下，绕阴极作旋转运动 ，在阴极 质因数提高，对提高效率有利。 周围形成旋转的空间电荷云 。在 同步条件下，旋转 阳极直径 d一5．32cm，谐振腔 叶片宽度 r一 空间电荷云就与沿阳极内表面传播 的某一行波场相 0．4cm，阳极高度 h一2．54cm。 互作用 ，电子流在高频场径 向分量作用产生速度调 制和相位聚焦结果在高频场最大减速区形成 电子群 聚，群聚电子注在高频场切向分量作用下，逐渐靠近 并到达阳极 ，将位能交给高频场 ，增强 了高频场强 ， 并产生 自激振荡 。 本文所研制 的磁控管 ，在美 国、英国都有生产 ， 图1 内腔物理尺寸标示 图 但国内尚元S波段同轴磁控管，该管主要用作为警 N一20，r= ／2—5．32／2=2．66cm 戒、搜索、气象及测高雷达 的振荡源。因此 s波段 0 一 — — L 一 1 ‘ ． 31cm 800kw 同轴磁控管的研制成功 ，填补了这一领域 2 n 的空白。 To— r 一 一 1．35cm 1 参数计算 寄生振荡。为了消除背腔寄生振荡，需在活塞背面 ruu一一 --a一一Pp—一T 一一1．·31—一3．·24cmm 安放衰减瓷 。 r0／r 一 1．35／3．24— 0．42 1．4 能量输出器 c=：= 『+In4丌(1+)] S波段 同轴磁控管传输线标准波 导，宽边 口一72ram，窄边 b一34mm，当传输 TE1。模 一 -『+ln(1+0．951)]-O．1229 时，它 的等效阻抗为 ： b 377 7 o 一 c 一 532n × 1o 。．762568 口 ≥一0．357713 从 TEo1l模的场分布 ： A C 一 0．762568×9×20×2．54×10一。===0．3486cm H 一E。冬z(愚1r)sink3z 3．24 一 一 — 9．06cm H 一 0 一 HR—E0挈z∞(是1r)cosk3 8．998 · 一 10．54cm E一一E。√z(klr)sin忌。2 一 一 2．86GHz A 式中：k一 ，k。一 ，愚一 一 雨 ， n L 0 C 则 内腔谐振系统特性阻抗为 ： 口为外腔内径 ，b为内腔外径 ，L。为中频时外腔 15 ；L P一 一 N ! 7r(C + C) 高度 。 Z (忌lr)一 J。( )+ C1N。(忌lr) 一 20× 0 3486 0 1229 _ 5．34Q 丌× (． + ． ) … … 一(2 J1(是1a／2) 4 一 一 1．2 同轴谐振腔 内外腔直径 比1】一0．4，则 70一5．388，可得外 J。( )，N。( )分为第 0阶第一类、第二类贝 腔频率 ： 塞尔函数 。 尸一(等)+()。 当 一 0．4，7Ol一 5．388，则 01≈ 2．2 Z (是b／2) ， 一一 ：= 一 (愚a／2) 厂一 丽 -z．82GHz 1．3 干扰模的抑制 广．厂。c。一 专N。c。一 2．31 当刀一0．4时，工作模 TE。与干扰模 ，干扰模与 干扰模之间在频率上有一定 的分隔。在固定端盖靠 近外腔根部开槽后 ，TE 模与主模 TE。之间的频 率分隔变大 ；对于 TE。模式 ，在外腔 固定端靠近 内 L 一 · · 腔处 ，开槽并安置衰减环 ，衰减环通过 1／4X阻抗变 换 ，实际上过渡段轴向长度 比1／4X小 ，取阶梯结构 。 P 25… H 在抑制 TE。模式时，根据 TE。模式 的场结构 ，在 l[c∞osr／—一∞s半丁 丌‘]I “… ～ 内腔外壁和外腔的固定端面上进行一定的表面粗化 处理，能使TEⅢ模的品质因数降低，使其更加不易 得引入阻抗 ： 起振 。 同轴磁控管调谐活塞采用非接触式活塞 ，活塞 RiD≈ 1．1· ≈ 7。Q 与内腔的间隙 d 和活塞与外腔的间隙 d。不应过 工字形阻抗 ： 大 ，这样 TE。模 的能量还会泄漏到活塞背后 ，降低 z。 一 _ — 一 118Q 主模的Q值 ，影响其频率 的选通性 ，最终引起背腔 口 十 W - 2008 05 ][ ． ． ． ． — — ． ． ． ． ． ．．．．．．．． ．． 工字形的隙缝宽度 d： 载抑制 内腔隙缝模时会变热，反而使负载会紧贴在 厂————— _ 丁 内腔内壁上 ，更好地散热 ，更好地保证对内腔隙缝模 =— — — — — — — ：— — — )一U6mm 的衰减性。 一 一 一 上 ·O 2．2 阴极部件 2 研制 中工艺改进 该管采用钡钨 阴极 ，其 阴极底金属长达 130 2．1 内腔结构 mm。整个阴极底金属采用一次加工成形 ，在实 际 当管子工作时，阳极受阴极的辐射热，电子对叶 加工过程中，在底金属下端开 了三排 阻热 圆孔 。三 片的轰击热以及沿阳极表面流动的高频电流产生的 排阻热孔有效地阻止阴极温度 向下传导，使阴极保 涡流热 ，造成了内腔温度很高。为 了更好地对 内腔 持在正常的工作温度上 。在底金属真空除气后 ，再 进行散热 ，将内腔与上盖板焊接成一体，这样就提高 将多孔钨液压成形在阴极底金属上 ，经粗车和在氢 了内腔的散热效果 。 气 中高温烧结而成钨海绵体 ，然后浸盐 ，最后精加工 同时由于 内腔隙缝模负载的直径较大，为了便 制成成品阴极 。同时在阴极激活时，温度不要太高 ， 于装配 ，把隙缝模负载切割成对称的两半后再装配 ， 尽量避免阴极蒸散 ，使管子效率降低 。见图2所示 。 克服 了负载座 的变形带来 的影响 ；这样 当隙缝模负 图 2 阴极结构不 恿图 为了提高热丝 的机械强度 ，热丝采用 3 铼钨 中心磁场强度完全满足使用要求 。如图3所示 。 合金丝。因为铼钨丝在 1000℃时，其抗张强度比纯
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