一种磁钢片、磁聚焦系统及包括其的行波管

技术领域

本发明涉及微波真空电子技术领域，更具体地，本申请涉及一种磁钢片、磁聚焦系统及包括其的行波管。

背景技术

行波管是一种真空放大器件，作为雷达的末级功放，现已经在诸多武器装备中提出明确的应用需求。行波管的工作环境涉及面广，且行波管的工作条件环境十分苛刻，同时要求行波管具有较高的工作比。现有技术中的行波管只能采用传导冷却，为此对行波管的电子注流通率提出了很高的要求。行波管器件由于其工作频段高，结构尺寸小，实现高电子注流通率存在很大困难。为了提升器件工作比，提高器件可靠性，需要进一步提升行波管的电子注流通率。

现有技术中，为配合行波管的输能结构，通常会将靠近输能结构的磁钢片进行改造，即在如图1所示的带中心通孔11的整圆形的磁钢片10的基础上形成如图2所示的“U”型结构21，以配合行波管的输能结构。但是，现有技术中如图2所示的磁钢片20在Y方向形成“U”型结构21，从而会导致行波管内的磁感线在Y方向的重心偏移，从而偏离电子注的通道中心，进而影响行波管的整管流通率。

因此，为了克服现有技术存在的缺陷，需要提供一种新型的磁钢片、磁聚焦系统及包括其的行波管。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁钢片、磁聚焦系统及包括其的行波管，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。

为达到上述目的中至少一个，本申请第一方面提供一种磁钢片，包括具有第一中心通孔的第一本体，以及形成在所述第一本体上且贯穿所述磁钢片的上下侧表面的U型槽口；所述U型槽口由所述第一中心通孔的孔心沿所述第一中心通孔的径向方向延伸贯穿所述第一本体的外侧壁表面形成；所述磁钢片还包括与所述U型槽口同中心线设置的，且开口方向背离所述U型槽口的开口方向的第一补偿槽口，所述第一补偿槽口贯穿所述磁钢片的上下侧表面；所述第一补偿槽口的长度小于所述磁钢片第一本体的半径长度。

在一种实施例中，所述第一补偿槽口的宽度与所述U型槽口的宽度相同。

在一种实施例中，所述第一补偿槽口包括两相对的侧壁面，以及靠近所述磁钢片第一本体的第一中心通孔的底壁面；所述第一补偿槽口的两相对的侧壁面均为平直面；所述底壁面为弧面或平直面。

在一种实施例中，所述第一补偿槽口的底壁面为弧面，所述弧面的半径与所述第一中心通孔的半径相同。

本申请的第二方面提供一种磁聚焦系统，包括有至少一个磁环和基于本申请第一方面所提供的磁钢片。

本申请的第三方面提供一种行波管，该行波管包括电子枪、慢波系统、基于本申请第二方面所提供的磁聚焦系统和输能窗；其中，所述磁钢片位于靠近输能窗的位置，所述磁钢片的U型槽口的开口方向朝向所述输能窗。

在一种实施例中，所述磁聚焦系统包括有位于所述磁钢片靠近所述电子枪一侧的磁环；所述磁环包括具有第二中心通孔的第二本体，以及形成在所述第二本体上且与所述第一补偿槽口对应设置的第二补偿槽口，所述第二补偿槽口贯穿所述磁环的上下侧表面。

在一种实施例中，所述第二补偿槽口的长度与所述第一补偿槽口的长度相同。

在一种实施例中，所述第二补偿槽口的宽度与所述第一补偿槽口的宽度相同。

在一种实施例中，所述第二补偿槽口包括两相对的侧壁面，以及靠近所述磁环第二本体的第二中心通孔的底壁面；所述第二补偿槽口的底壁面的形状与所述第一补偿槽口的底壁面的形状相同。

本申请的有益效果如下：

本申请针对目前现有技术中存在的问题，提供一种磁钢片、磁聚焦系统及包括其的行波管，该磁钢片加工简单，便于安装，无需对行波管的其他零件进行更改，仅需要在原有的磁钢片上形成第一补偿槽口，即可解决现有技术的“U”型磁钢片引起的磁感线偏心以及电子注流通率较低的问题，在保证与行波管的输能结构配合和磁钢片自身的机械强度的同时，最大程度地减小磁钢片的不对称性，缩短磁钢片所引起的磁感线偏心的距离并提高电子注流通率，进而提升行波管的工作比，提高行波管的工作效率，增强行波管器件的可靠性；另外，通过在靠近电子枪一侧的磁环上形成与第一补偿槽口对应设置的第二补偿槽口，提前减小磁钢片的不对称性，进而进一步缩短“U”型磁钢片所引起的磁感线偏心的距离，从而进一步提高行波管的电子注流通率。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出现有技术中的一种磁钢片的结构示意图。

图2示出现有技术中的另一种磁钢片的结构示意图。

图3示出包括有如图1所示的磁钢片的行波管的磁场中心模拟图。

图4示出图3的局部放大图。

图5示出包括有如图1所示的磁钢片的行波管的磁场分布图。

图6示出包括有如图2所示的磁钢片的行波管的磁场中心模拟图。

图7示出图6的局部放大图。

图8示出包括有如图2所示的磁钢片的行波管的磁场分布图。

图9示出包括有如图1所示的磁钢片的行波管的整体流通率模拟图。

图10示出包括有如图2所示的磁钢片的行波管的整体流通率模拟图。

图11示出包括有如图2所示的磁钢片的行波管的电子注剖面图。

图12示出本申请的一种实施例的磁钢片的结构示意图。

图13示出本申请的另一种实施例的磁钢片的结构示意图。

图14示出包括有如图12所示的磁钢片的行波管的磁场中心模拟图。

图15示出图14的局部放大图。

图16示出包括有如图12所示的磁钢片的行波管的磁场分布图。

图17示出包括有如图13所示的磁钢片的行波管的磁场中心模拟图。

图18示出图17的局部放大图。

图19示出包括有如图13所示的磁钢片的行波管的磁场分布图。

图20示出本申请的一种实施例的行波管的结构示意图。

图21示出本申请的一种实施例的行波管的磁环的结构示意图。

图22示出本申请的一种实施例的行波管的整体流通率模拟图。

图23示出包括有本申请的一种实施例的磁钢片的行波管的电子注剖面图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

还需要说明的是，在本申请的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

可理解的是，行波管的电子注流通率反映电子注通过行波管的高频系统的百分比，提高电子注流通率可进一步增加行波管的工作效率。通过对包括如图2所示的磁钢片20的行波管进行温度测试，结果表明，由于靠近输能结构的磁钢片20设置有“U”型结构21，导致行波管内的磁感线在Y方向的重心偏移，进而导致在“U”型结构21所对应的管壁处容易出现电子截获，即电子注中的电子被管壁截获，从而导致管壁的温度较高，同时收集极所收集到的电子数量较少，导致电子注的流通率下降。

具体地，通过对如图1所示的磁钢片10的磁感线的偏心情况进行模拟，如图3-4所示，如图1所示的整圆形磁钢片10的磁感线不存在偏心的情况，即模拟得到的磁场中心与行波管的机械中心(也是电子注通道的中心)完全重合。在如图3-4所示的电子注通道的Y方向上取一条垂直于电子注通道的直线，选择该直线上的若干个点并计算这些点的磁场强度，如图5所示，可见，磁场强度最大值的点对应于行波管结构的机械中心。

相对地，通过对如图2所示的“U”型磁钢片20的磁感线的偏心情况进行模拟，如图6-8所示，如图2所示的“U”型磁钢片20的磁感线在Y方向上存在明显的偏心的情况，即模拟得到的磁场中心明显偏离行波管的机械中心(也是电子注通道的中心)。在如图6-7所示的电子注通道的Y方向上取一条垂直于电子注通道的直线，选择该直线上的若干个点并计算这些点的磁场强度，如图8所示，可见，磁场强度最大值的点的偏心距离为0.0995mm，该偏心距离会对行波管器件造成较大的影响，会导致容易发生电子捕获，从而降低行波管的电子注流通率。

通过微波工作室CST软件分别对包括有如图1所示的磁钢片10的行波管和包括有如图2所示的磁钢片20的行波管的电子注流通率进行模拟，模拟结果如图9-10所示，可见，图9为采用如图1所示的整圆形磁钢片10的行波管，其整管的电子注流通率可达到98.8％，图10为采用如图2所示的“U”型磁钢片20的行波管，其整管的电子注流通率下降至77.56％，可见，“U”型结构21对行波管的电子注流通率造成较大的影响。并且通过对包括有如图2所示的磁钢片20的行波管的电子注轨迹进行模拟，具体如图11所示，图11为经过“U”型结构的电子注的剖面图，可见，电子注的中心位于x方向约为2.5e

针对现有技术中存在的技术问题，本申请的一个实施例提供一种磁钢片30，图12-13为本申请的两种实施例的磁钢片30的结构示意图，如图12-13所示，该磁钢片30可为外周缘呈圆形结构的磁钢片30，该磁钢片30包括具有第一中心通孔31的第一本体32，以及形成在第一本体32上且贯穿磁钢片30的上下侧表面的U型槽口33；U型槽口33由第一中心通孔31的孔心沿第一中心通孔31的径向方向延伸贯穿第一本体32的外侧壁表面形成；在如图12-13所示的实施例中，U型槽口33由第一中心通孔31的孔心沿Y方向延伸并贯穿第一本体32的外侧壁表面形成。同时，U型槽口33还包括两相对的侧壁面331，两侧壁面331之间的距离等于第一中心通孔31的直径；在如图12-13所示的实施例中，U型槽口33的两侧壁面331分别与第一中心通孔31相切，U型槽口33的两侧壁面331以Y方向对称，而且径向方向上U型槽口33的长度L

该实施例提供的磁钢片30无需对行波管的其他零件进行更改，仅需要在加工制造磁钢片的过程中在原有的磁钢片上形成第一补偿槽口34，如图12-13所示，该第一补偿槽口34可保证磁钢片30在X方向上尺寸的对称性，进而对Y方向上的“U”型槽口33的不对称性进行补偿，加工简单，便于安装，即可解决现有技术的“U”型磁钢片引起的磁感线偏心以及电子注流通率较低的问题，在保证与行波管的输能结构配合和磁钢片30自身的机械强度的同时，最大程度地减小磁钢片30的不对称性，缩短磁钢片30所引起的磁感线偏心的距离并提高电子注流通率，进而提升行波管的工作比，提高行波管的工作效率，增强行波管器件的可靠性。

在一个具体的实施例中，第一补偿槽口34的宽度与U型槽口33的宽度相同，从而进一步对磁钢片30在Y方向上的不对称性进行补偿，进一步减小磁钢片30的不对称性，进一步缩短磁钢片30所引起的磁感线偏心的距离并提高电子注流通率，进而提升行波管的工作比，提高行波管的工作效率，增强行波管器件的可靠性。在另一种具体的实施例中，第一补偿槽口34和U型槽口33的宽度例如为5mm，第一补偿槽口34的长度例如为4-8mm。

在一个具体的实施例中，第一补偿槽口34包括两相对的侧壁面341，以及靠近磁钢片30第一本体32的第一中心通孔31的底壁面342；第一补偿槽口34的两相对的侧壁面341均为平直面；底壁面342为弧面或平直面。在一个如图12所示的实施例中，第一补偿槽口34的底壁面342为平直面，该平直面的长度与“U”型槽口33的两侧壁面331之间的距离相同；在一个如图13所示的实施例中，第一补偿槽口34的底壁面342为弧面，该弧面的半径与第一中心通孔31的半径相同。

通过对包括如图12所示的磁钢片30(即第一补偿槽口34的底壁面342为平直面)的行波管的磁感线的偏心情况进行模拟，如图14-15所示，装载有如图12所示的磁钢片30的行波管模拟得到的磁场中心与行波管的机械中心的偏心距离大大减小，即通过设置第一补偿槽口34，可大大降低“U”型槽口33导致的磁场中心与行波管的机械中心的不对称性。在如图14-15所示的电子注通道的Y方向上取一条垂直于电子注通道的直线，选择该直线上的若干个点并计算这些点的磁场强度，如图16所示，可见，磁场强度最大值的点的偏心距离为0.0195mm，相比于现有技术中装载有如图2所示的磁钢片20的行波管的偏心距离0.0995mm，偏心距离有较大程度地减小，从而减轻磁感线偏心对行波管器件造成的影响，减少电子捕获，从而提供行波管的电子注流通率，对行波管的电子注流通率具有积极的正向作用。

通过对包括如图13所示的磁钢片30(即第一补偿槽口34的底壁面342为弧面)的行波管的磁感线的偏心情况进行模拟，如图17-18所示，装载有如图13所示的磁钢片30的行波管模拟得到的磁场中心与行波管的机械中心的偏心距离大大减小，即通过设置第一补偿槽口34，可大大降低“U”型槽口33导致的磁场中心与行波管的机械中心的不对称性。在如图17-18所示的电子注通道的Y方向上取一条垂直于电子注通道的直线，选择该直线上的若干个点并计算这些点的磁场强度，如图19所示，可见，磁场强度最大值的点的偏心距离为0.0175mm，相比于现有技术中装载有如图2所示的磁钢片的行波管的偏心距离0.0995mm，偏心距离进一步得到减小，进一步减轻磁感线偏心对行波管器件造成的影响，减少电子捕获，从而提供行波管的电子注流通率。

本申请的另一个实施例提供一种磁聚焦系统，该磁聚焦系统包括有至少一个磁环40和如上所述的磁钢片30，至少一个磁环40和如上所述的磁钢片30呈依次排列设置。

本申请的再一个实施例提供一种行波管50，如图20所示，该行波管50包括电子枪60、慢波系统70、如上所述的磁聚焦系统和输能窗；其中，磁钢片30位于靠近输能窗的位置，且磁钢片30的U型槽口34的开口方向朝向输能窗，从而使得磁钢片30的U型槽口34与输能窗有效配合。

在一个具体的实施例中，磁聚焦系统包括有位于磁钢片30靠近电子枪60一侧的磁环40；如图21所示，磁环40包括具有第二中心通孔41的第二本体42，以及形成在第二本体42上且与第一补偿槽口34对应设置的第二补偿槽口43，第二补偿槽口43贯穿磁环40的上下侧表面。第二补偿槽口43的中心轴的延长线穿过磁环40的第二中心通孔41的孔心；第二补偿槽口43的长度小于磁环40第二本体42的半径长度，即第二补偿槽口43不与第二中心通孔41连通。

通过提前在靠近电子枪60一侧的磁环40上形成与第一补偿槽口34对应设置的第二补偿槽口43，提前减小磁钢片30的不对称性，进而进一步缩短“U”型槽口33所引起的磁感线偏心的距离并提高电子注流通率，进而提升行波管的工作比，提高行波管的工作效率，增强行波管器件的可靠性。通过微波工作室CST软件对如包括有如图21所示的磁环40和如上所述的磁钢片30的行波管50的电子注流通率进行模拟，模拟结果如图22所示，行波管50的电子注流通率可达到95％，可见，通过在磁环40上形成第二补偿槽口43，可进一步提高行波管50的电子注流通率。另外，请参阅图23，图23为包括有本申请的一种实施例的磁钢片的行波管的电子注剖面图，可见，电子注的中心非常接近原点(0,0)，由此可见，本申请通过补偿槽口，缩短“U”型槽口33所引起的磁感线偏心的距离，使得电子注中心与行波管的机械中心更加接近，提高电子注流通率。

在一个具体的实施例中，第二补偿槽口43的长度与第一补偿槽口34的长度相同。在另一个具体的实施例中，第二补偿槽口43的宽度与第一补偿槽口34的宽度相同。在第一补偿槽口34与第二补偿槽口43的尺寸均相同，即长度和宽度都相同的实施例中，行波管50的电子注流通率可达到最大值。

在一个具体的实施例中，第二补偿槽口43包括两相对的侧壁面431，以及靠近磁环40第二本体42的第二中心通孔41的底壁面432；第二补偿槽口43的底壁面432的形状与第一补偿槽口34的底壁面342的形状相同，即第二补偿槽口43的底壁面432也可以为平直面或者为弧面。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。