磁控管.pdf

本发明涉及磁控管，其具有通过支柱52与同轴输出耦合器51相连接的第一套叶片30等和交替在第一套叶片中、且不与输出耦合器相连的第二套叶片19等(在一实施例中)。例如，每套叶片由带状环支持，该带状环可沿着阳极的长度分布，该叶片彼此处在相同的电势上，而且每套叶片的极性与其他套叶片的相反。所述磁控管的一个问题是在阴极和输出耦合器51之间的耦合电容，其可导致同轴TEM模式沿着阴极传播。依照本发明，通过处在该套叶片19等的末端上的同轴扩展部19a等引入的附加耦合电容，该套叶片19等不与输出耦合器相连接，并且通过选择尺寸，阴极可充分地与输出耦合器解耦合，因为两套叶片的极性相反。

1、  一种磁控管，包括：
阴极；
阳极，包括限定谐振腔的多个叶片；
连接到第一套叶片的输出耦合器；和
处在不与输出耦合器连接的第二套叶片上的扩展部，扩展部沿着与阳极的轴向平行的方向朝着输出耦合器延伸，从而轴向扩展部和阴极之间的电容至少部分地补偿输出耦合器和阴极之间的电容。

2、  根据权利要求1所述的磁控管，其中轴向扩展部处在阳极叶片的尖端。

3、  根据权利要求1或权利要求2所述的磁控管，其中该磁控管具有一个或多个与一套叶片连接的带状环。

4、  根据权利要求3所述的磁控管，其中具有多个与同一套叶片相连接和沿着阳极长度方向分布的环。

5、  根据权利要求1至4中任意一项所述的磁控管，其中一套叶片与其它套叶片交替。

6、  根据权利要求1至5中任意一项所述的磁控管，其中输出耦合器连接到同轴输出线。

7、  根据权利要求1至6中任意一项所述的磁控管，其中输出频率处在8至12Ghz的范围内。

8、  一种基本如参考附图描述的磁控管。

磁控管
技术领域
本发明涉及一种磁控管。
本发明特别涉及一种具有同轴输出的磁控管。
背景技术
因此，参考附图中的附图1，其部分透视，所示的是穿过已知磁控管的真空室的一部分的轴向部分，输出来自于以支架1为形式的输出耦合器，支架1与磁控管的轴向同轴。磁控管具有处于阳极内部的同轴排列的阴极2，阳极一般用附图标记3来标记，阳极3具有由例如叶片4、10的叶片限定的普通谐振腔。磁控管在π模式下运转，也就意味着，如附图2所示的是取自附图1中沿线2-2方向的截面，但是省略了磁控管半件内的叶片，交替的叶片4、6、8、10具有一个极性，交错叶片5、7、9具有相反的极性。支架通过连接到等电势的叶片5、7、9的底部(如图1所示)的支柱11来支撑。随着电矢量逐步穿越围绕着支架桩部14的狭缝13，支架1沿着输出线12运行磁控管输出。
所述磁控管的问题是在阴极较低端(如图1所示)被称作“底帽”15和输出耦合器(支架1)的上表面之间是高射频场，这是因为二者之间的耦合电容。阳极一般被设置在地电势，阴极一般被设置在大的负dc电势。
该耦合电容在阳极3和阴极2之间引入同轴TEM模式。RF能量于是沿着阴极2传播出磁控管，导致了期望的π模式的功率损耗，产生了磁控管的不希望的放射，并且导致了阴极和内部结构之间的高电压，从而导致电弧。
为了使同轴TEM模式的产生最小化，该磁控管向不通过支柱连接支架1的交替叶片4、6、8、10提供了径向扩展部16。这种“中和栓”在交替场微波器件(Crossed-Field Microwave Devices)中提出，第2卷，1961，理论出版社(AcademicPress)，纽约，长阳极磁控管(Long Anode Magnetrons)，作者为H.A.H Boot，269-271页。
所述栓在阴极的底帽15和栓本身之间引入了电容。然而，阴极的底帽15和栓16之间引发的射频场与底帽和支架之间引发的射频场的极性相反(因为后者与极性相反的叶片5、7、9相连)。这导致阴极与输出端(在这里，支架1)解耦合。
上述磁控管等电势连接到叶片4、6、8、10顶部的具有公知式样的圆环或者带，以及连接到也是彼此等电势但是与叶片4、6、8、10极性相反的交错叶片5、7、9顶部，从而提高磁控管在π模式下运转的稳定性。所述的带状以公知的式样沿着阳极的长度分布(US-A6841940)。
所述的中和栓的缺点是，其在栓和底帽之间的距离不足以电压击穿时的频率和功率水平上不能使用。同样因为电压击穿的考虑，也不能用在阴极的底帽在阳极叶片的底部之下终止的排列中。
因为这个原因，提出了一种可供选择的解决解耦合的问题的技术方案(US-A-7026761)。这里解耦合板被设置在阴极的底帽和输出耦合器构件之间。然而，为了解耦合，该解耦合板必须具有与磁控管的工作频率相谐振的尺寸，而其他因素则意味着不同的板直径。
发明内容
本发明提供了一种磁控管，包括阴极、包含限定谐振腔的多个叶片的阳极、连接到第一套叶片的输出耦合器和处在不连接到输出耦合器的第二套叶片上的扩展部，沿着与阳极的轴向平行的方向朝着输出耦合器延伸，而轴向扩展部和阴极之间的电容至少部分地补偿输出耦合器和阴极之间的电容。
由于扩展部是轴向的而不是径向，有可能将它们用于具有比那些既使用中和栓又使底帽终止在阳极叶片的底部之下的磁控管更高运转频率和电压的磁控管中。
有益地，在使用中，第一套叶片与第二套叶片具有不同的极性。第一套叶片可与第二套叶片交替排列。
附图说明
下面将根据实施例详细地说明本发明，并参考附图，其中：
附图1是穿过公知磁控管的真空室的一部分的部分透视轴向截面；
附图2是取自附图1中沿线2-2方向且只显示了一半阳极叶片的截面；
附图3是穿过根据本发明的磁控管的真空室的一部分的轴向截面；以及
附图4是取自附图3中沿线4-4方向截面。
具体实施方式
在所有附图中，阴影线被忽略。
如附图3和4所示，本发明的磁控管包括通常用附图标记17标记的阳极和与阳极同轴排列的阴极18。产生轴向场的磁体没有显示。谐振腔由叶片19-40限定在阳极中(图4)。带状环41-46沿着阳极的长度方向分布。
带状环41、43、45连接到偶数附图标记(20-40)表示的成套叶片来保持它们彼此具有相同的极性。带状环通过交替叶片19-39的缝隙，并且不与之连接。有带状环41穿过的叶片19的缝隙用47来标记，不过其他缝隙没有给出附图标记。带状环通过钎焊与叶片20至40连接，并且该带状环在它们穿过叶片30处的轮廓显示为点状(如带状环43所示)，处在图3所示的平面上。带状环42、44、46与奇数(19-39)附图标记的该套叶片相连，并且通过偶数叶片20至40的缝隙，缝隙之一用附图标记48来标记。奇数叶片19至39彼此保持着相同的极性，而与偶数叶片保持的极性相反。还有一些带状环沿着阳极没有示出的一部分长度分布。因此，如果叶片19至39的尖端(内部边缘)瞬时电磁场的极性是0°，那么叶片20至40的尖端的极性就是180°。叶片19至41的内部末端都是圆形的。带状环提高了期望的π模式和在公知方式中不希望的π-1模式的频率分离。
通过与一套叶片的较低端部的连接，射频电路与磁控管同轴相连(如图3所述)。该射频辐射沿着一般用附图标记49标记的同轴线传播。该同轴线的中心导体50与输出耦合器51连接，该输出耦合器51是一个杯状部件，杯状部件通过各自的轴向支柱52至57与偶数的成套叶片20到40相连。这些叶片20到40彼此处于相同的电势。
输出耦合器51与阴极18的放大的、较低的叫做“底帽”58的端部靠近在二者之间产生耦合电容。底帽58具有一个圆柱形凹部59。
依照本发明，未连接到输出耦合器的每一套叶片的内部边缘(如附图3所示)的较低尖端，即奇数叶片19至39具有轴向扩展部。轴向扩展部19a、21a、23a、25a、27a、29a如附图3所示。在这些叶片扩展部和阴极18之间具有耦合电容。选定扩展部的长度以便该耦合电容大约与阴极和输出耦合器51之间的耦合电容相等。因为叶片19至39与叶片20至40交替并且具有相同的电势和相反的极性，这导致输出耦合器51与阴极18充分地解耦合。
在本发明的第二个实施例中(未示出)，阴极增加了轴向长度，所述底帽58扩展进入到输出耦合器51中。不过在这种安排下解耦合仍然发生了。
在不超出本发明的范围内可作不同的变化。因此，例如，扩展部19a等设置在尖部，亦即每个叶片的内部边缘。然而，该轴向扩展部可以在叶片上的任意径向的位置，并且可以处在最大直径的边缘，亦即最外面的尖端。进一步，不是所有等电势的叶片都需要具有扩展部。优选地，例如，这些叶片19至39中每隔另一个具有轴向扩展部。同样地，不是所有相反极性的叶片20至40都需要提供支柱和输出耦合器51连接。例如，只是这些叶片中一些，每隔另一个提供支柱和输出耦合器相连。
所描述的磁控管是一个具有分布成带状的阳极的磁控管，并且该阳极可以是US-A-6841940中所描述的任意形式的分段结构。然而，本发明也可以应用在只使用一对带状的磁控管，该每个带状提供了保持彼此之间具有相同电势的各自交替的叶片，该叶片与临近的叶片的电势相反。本发明进一步可应用于只具有一个单独带状环的叶片的磁控管，因此，一套交替叶片是连接的，而散布的叶片是不连接的，并且设计只有一套交替叶片是连接的，不过带状环是沿着阳极的长度分布的。本发明也可应用于不含有带状环的磁控管。
依照本发明的磁控管可在0.1GHz至0.5THz范围内的任何频率下运转，优选地是在8至12GHz的范围内。输出是优选1MW或更大。