一種啞鈴形諧振腔的磁耦合法冷測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波及毫米波電真空器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種啞鈴形諧振腔的磁耦合法冷測裝置，適用于對結(jié)構(gòu)尺寸較小的啞鈴形諧振腔的基本特性參數(shù)進行測量。
【背景技術(shù)】
[0002]帶狀注速調(diào)管作為能夠產(chǎn)生高功率和高頻率電磁波的新型微波和毫米波源，在工業(yè)領(lǐng)域、軍事裝備、通信系統(tǒng)和大型科學(xué)裝置中均有著廣闊的應(yīng)用前景。盡管早在二十世紀三十年代，前蘇聯(lián)的科學(xué)家就已經(jīng)提出了帶狀注速調(diào)管的概念，但由于在模擬仿真和加工制造方面存在很大的困難，因而直至二十世紀九十年代，真空電子學(xué)領(lǐng)域的研究人員才開始認真考慮帶狀注速調(diào)管的設(shè)計和建造方面的問題。美國斯坦福直線加速器中心最先開展了用于推動加速器的X波段和W波段帶狀注速調(diào)管的研究，其有關(guān)電子光學(xué)系統(tǒng)的仿真設(shè)計和實驗驗證工作取得了很大的成功。隨后，美國UC-DaviS (加州大學(xué)戴維斯分校，University of California at Davis)和美國 CCR 公司(Calabazas Creek ResearchInc.)的研究人員繼續(xù)完善了相關(guān)工作并對高頻互作用結(jié)構(gòu)開展了初步的理論和實驗研究。目前來看，帶狀電子注的成形、聚焦和傳輸問題已基本獲得解決，但在高頻電路的設(shè)計、制造和測試方面還存在一系列的難題有待克服。
[0003]與帶狀電子注相配合的高頻結(jié)構(gòu)為啞鈴形諧振腔，腔體中部為一段直波導(dǎo)，在直波導(dǎo)兩端為形狀和尺寸完全相同的兩個矩形腔。在腔體結(jié)構(gòu)參數(shù)取值合理的情況下，啞鈴形諧振腔的直波導(dǎo)內(nèi)將形成沿橫向和軸向分布均勻的軸向電場，該電場可與電子注有效地進行能量交換。高效的注波互作用取決于精確設(shè)定作為高頻電路重要組成部分的啞鈴形諧振腔的基本物理參數(shù)，然而，由于在零件加工、裝配和焊接過程中引入的誤差，實際腔體的特性參數(shù)與設(shè)計值不可避免地存在差異，這必須在整管總搭之前通過冷測實驗進行修正。
[0004]美國阿貢國家實驗室(Argonne Nat1nal Laboratory, ANL)的研究人員在1997年發(fā)表的論文(Microwave Cold Tests of Planar RF Cavities, J.Chen, T.Lee, and D.Yu,Proceedings of thel997Particle Accelerator Conference, vol.3,pp.3120-3122)中描述了一種對X波段啞鈴形諧振腔進行冷測的結(jié)構(gòu)方案。參考圖1，按文中所述，在腔體外壁開孔伸入小的電流環(huán)a，依靠改變電流環(huán)平面與軸線(沿電子注運動方向，z軸)的夾角可激勵不同的TM或TE模，電流環(huán)a通過同軸電纜b與網(wǎng)絡(luò)分析儀c連接，經(jīng)單端口掃描所得頻率響應(yīng)曲線上的各個尖峰即與各模式的諧振頻率相對應(yīng)。
[0005]最主要的技術(shù)缺陷:由于啞鈴形諧振腔的特殊結(jié)構(gòu)，中部直波導(dǎo)的厚度(沿電子注運動方向，z軸)和漂移通道的高度(窄邊方向，y軸)尺寸相對較小，而且，隨著工作頻率的提高，其數(shù)值將會進一步減小，因此，在毫米波段(如W波段)，按照美國阿貢國家實驗室所述，在中部直波導(dǎo)端面上開孔放置微小電流環(huán)的方法在實際結(jié)構(gòu)中將面臨很大的困難。
[0006]次要的技術(shù)缺陷:實驗表明，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)分析儀的響應(yīng)速度較慢，所測S參數(shù)曲線無法快速響應(yīng)外部擾動或外加激勵的變化。由于啞鈴形腔體中的模式數(shù)量較多，因此，需要根據(jù)工作模式的場分布特點，對其施加擾動來進行判別，盡管未來隨著技術(shù)的進步，網(wǎng)絡(luò)分析儀的性能會有很大的提高，但目前由于其響應(yīng)速度慢，這將給模式確認帶來困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明提出了一種啞鈴形諧振腔的磁耦合法冷測裝置。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一方面，其提出的一種啞鈴形諧振腔的磁耦合法冷測裝置，包括:上蓋板、下蓋板和磁耦合塊，其中:
[0009]所述上蓋板和下蓋板結(jié)構(gòu)相同，且所述上蓋板和下蓋板拼合后，兩者之間形成啞鈴形諧振腔以及所述啞鈴形諧振腔兩端的磁耦合塊限位通道；所述磁耦合塊位于所述磁耦合塊限位通道中形成所述啞鈴形諧振腔的側(cè)壁；所述磁耦合塊上具有兩通孔，所述兩通孔內(nèi)穿有金屬絲，該金屬絲在鄰接所述諧振腔的一端繞成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，而其一尾端與所述磁耦合塊底端短接，另一尾端與所述磁耦合塊底端上的同軸線內(nèi)芯相連。
[0010]其中，所述啞鈴形諧振腔包括:
[0011]直波導(dǎo)段，其由所述上蓋板和下蓋板內(nèi)表面中部區(qū)域的長矩形沉槽形成；
[0012]矩形腔區(qū)域，其由所述上蓋板和下蓋板內(nèi)表面兩側(cè)與所述長矩形沉槽鄰接的端部矩形沉槽形成；
[0013]電子注漂移通道，其由所述上蓋板和下蓋板內(nèi)表面縱貫整個諧振腔結(jié)構(gòu)的扁矩形沉槽形成；
[0014]其中，所述長矩形沉槽位于所述扁矩形沉槽中部，所述端部矩形沉槽位于所述長矩形沉槽和扁矩形沉槽兩端，所述磁耦合限位通道位于所述端部矩形沉槽外側(cè)。
[0015]本發(fā)明提出的上述方案在啞鈴形諧振腔中與直波導(dǎo)段相接的尺寸較大的矩形腔區(qū)域內(nèi)設(shè)置電流環(huán)對工作模式進行激勵和探測，這克服了隨著工作頻率不斷升高一腔體直波導(dǎo)段和漂移通道窄邊高度將顯著減小-所導(dǎo)致的放置激勵裝置的困難，從而使得在毫米波段仍可對不具有外接波導(dǎo)的作為互作用電路中間腔的啞鈴形腔體進行冷測。
[0016]本發(fā)明提出的上述方案在上蓋板對應(yīng)啞鈴形腔直波導(dǎo)段的中部位置開有通孔，在冷測時可插入金屬微擾桿從具有多個尖峰的頻率響應(yīng)曲線上分辨出工作模式。工作模式在直波導(dǎo)段中的電場較強，金屬微擾桿的插拔操作可引起曲線上相應(yīng)的尖峰產(chǎn)生移動。在實際的冷測中，這可有效排除非工作模式和干擾信號帶來的混淆。
[0017]本發(fā)明提出的上述方案在磁耦合塊從冷測裝置的兩側(cè)塞入啞鈴形腔體中的矩形腔區(qū)域內(nèi)之后即形成封閉的冷測結(jié)構(gòu)，通過使用墊片可以調(diào)節(jié)“凸”字形磁耦合塊寬度較窄的一端在矩形腔區(qū)域內(nèi)的長度，從而在一定程度上對腔體的諧振頻率進行修正，這可為加工封堵腔體的“凸”字形金屬塊時在尺寸方面給出準確的參考數(shù)值。
[0018]本發(fā)明提出的上述方案在外部測量設(shè)備方面，選擇了信號源和示波器的組合方式而非單一的網(wǎng)絡(luò)分析儀，這使得示波器上的頻率響應(yīng)曲線能夠?qū)崟r地跟隨外部擾動的不同而變化，因此通過插拔金屬微擾桿施加擾動可以很容易地分辨出腔體內(nèi)的工作模式。
【附圖說明】
[0019]圖1為現(xiàn)有技術(shù)帶狀注速調(diào)管啞鈴形諧振腔冷測裝置的示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實施例中啞鈴形諧振腔磁耦合法冷測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為圖2中所示啞鈴形諧振腔內(nèi)部區(qū)域的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4為圖2中所示啞鈴形諧振腔的工作模式的磁場在腔體XZ截面上的分布；
[0023]圖5a為圖2中所示啞鈴形諧振腔冷測裝置中上蓋板的立體示意圖；
[0024]圖5b為圖2中所示啞鈴形諧振腔冷測裝置中上蓋板的xy截面視圖；
[0025]圖6a為圖2中所示啞鈴形諧振腔冷測裝置中磁耦合塊從前端面觀察時的立體示意圖；
[0026]圖6b為圖2中所示啞鈴形諧振腔冷測裝置中磁耦合塊從后端面觀察時的立體示意圖；
[0027]圖6c為圖2中所示啞鈴形諧振腔冷測裝置中磁耦合塊的XZ截面視圖；
[0028]圖7為圖2中所示啞鈴形諧振腔冷測裝置中微擾桿的立體示意圖；
[0029]圖8為啞鈴形諧振腔冷測裝置中所用密封圓釘?shù)牧Ⅲw示意圖；
[0030]圖9為圖5中所示上蓋板與圖8中所示密封圓釘相配合的剖視圖。
【具體實施方式】
[0031]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0032]圖2示出了本發(fā)明提出的一種啞鈴形諧振腔的磁耦合法冷測裝置的剖視結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，該裝置包括上蓋板1、下蓋板2、第一磁耦合塊31、第二磁耦合塊32、微擾桿4以及密封圓釘5(圖2中未繪出)。其中，所述上蓋板I和下蓋板2的結(jié)構(gòu)基本相同，且所述上蓋板I和下蓋板2拼合后，兩者之間形成啞鈴形單間隙諧振腔以及所述啞鈴形單間隙諧振腔兩端的磁耦合塊