專利名稱：同軸提取長(zhǎng)脈沖相對(duì)論返波振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高功率微波技術(shù)領(lǐng)域的微波源器件，尤其是ー種同軸提取長(zhǎng)脈沖相對(duì)論返波振蕩器 RBWO (Relativistic Backward-ffave Oscillator)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，高功率微波(通常指峰值功率大于100麗、頻率在300GHz之間的電磁波)在眾多領(lǐng)域中的誘人前景引起了許多國(guó)家的廣泛關(guān)注和大量研究投入，并已取得極大的技術(shù)進(jìn)歩。目前，已經(jīng)提出的高功率微波應(yīng)用多種多樣:高功率微波定向能武器、衛(wèi)星和空間平臺(tái)供能、小型深空探測(cè)器的發(fā)射、軌道飛行器高度改變推進(jìn)系統(tǒng)、電子高能射頻加速器、材料加工與處理等。作為高功率微波系統(tǒng)的核心器件，高功率微波源利用強(qiáng)流相對(duì)論電子束與器件內(nèi)部腔體的諧振模式相互作用，進(jìn)而輻射高功率微波。提高高功率微波源的單脈沖能量及平均功率水平是技術(shù)高功率微波領(lǐng)域始終追求的目標(biāo)，通常可以通過提高器件峰值功率、重復(fù)頻率和脈沖寬度三方面來(lái)實(shí)現(xiàn)。上世紀(jì)九十年代，在經(jīng)歷了高功率微波發(fā)展的鼎盛時(shí)期后，人們意識(shí)到單一高功率微波源的峰值功率水平很難大幅度提高，而重復(fù)頻率運(yùn)行頻率要達(dá)到或超過kHz水平也非常困難。因此，延長(zhǎng)輸出微波的脈沖寬度成為高功率微波研究領(lǐng)域提高器件單脈沖能量和平均功率水平的重要手段。研究長(zhǎng)脈沖RBWO具有代表性的是國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)設(shè)計(jì)的器件JunZhang，Zhen-Xing Jin,Jian-Hua Yang,Hu1-Huang Zhong,Ting Shu,Jian-DeZhang, Bao-Liang Qian, Cheng-Wei Yuan, Zh1-Qiang Li，Yu—Wei Fan, Sheng-Yue Zhou, andLiu-Rong Xu.Recent Advance in Long-Pulse HPM Sources With Repetitive Operationin S_，C_，and X-Bands.1EEE Transactions on Plasma Science，2011，Vol.39，N0.6，pp.1438-1445(以下稱為現(xiàn)有技術(shù)I)。該結(jié)構(gòu)由陰極座、陰極、陽(yáng)極外筒、截止頸、慢波結(jié)構(gòu)、錐形波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)以及螺線管磁場(chǎng)組成，整個(gè)結(jié)構(gòu)關(guān)于中心軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。為了敘述方便，下文中將沿軸線方向上靠近陰極座的ー側(cè)稱為左端，遠(yuǎn)離陰極座的ー側(cè)稱為右端。其中慢波結(jié)構(gòu)由5個(gè)慢波葉片組成，每個(gè)慢波葉片的內(nèi)表面均是梯形結(jié)構(gòu)，左側(cè)4個(gè)慢波葉片完全相同，第5個(gè)慢波葉片具有較大的最大外半徑，5個(gè)慢波葉片的長(zhǎng)度L1相同。輸出波導(dǎo)為內(nèi)半徑為R7的圓波導(dǎo)，利用波導(dǎo)內(nèi)壁收集殘余電子。該器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于高功率微波的穩(wěn)定輸出，并且器件采用較大半徑的輸出波導(dǎo)收集殘余電子，降低了收集處電子的密度，減少了因電子轟擊輸出波導(dǎo)內(nèi)壁而產(chǎn)生的二次電子的數(shù)量，進(jìn)而削弱了等離子體對(duì)微波產(chǎn)生的影響，有利于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)脈沖運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，微波輸出功率達(dá)到1GW，脈寬100ns，頻率為3.6GHz。但是該器件功率轉(zhuǎn)換效率較低，僅為20%，低于常規(guī)RBWO的30%左右的功率轉(zhuǎn)換效率。輸出同樣功率的微波，較低功率轉(zhuǎn)換效率要求脈沖驅(qū)動(dòng)源注入更高的電功率，故對(duì)脈沖驅(qū)動(dòng)源的驅(qū)動(dòng)能力提出較高要求，不利于其結(jié)構(gòu)的緊湊化。因此，該技術(shù)方案不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)脈沖RBWO的高效率運(yùn)行，不利于實(shí)現(xiàn)高功率微波系統(tǒng)的小型化和緊湊化。提高RBWO的功率轉(zhuǎn)換效率有多種途徑，例如采用非均勻慢波結(jié)構(gòu)、加入諧振腔、采用等離子體加載等。劉國(guó)治，陳昌華，張玉龍，同軸引出相對(duì)論返波管，強(qiáng)激光與粒子束，2001，Vol.13，N0.4，pp.467-470(以下稱為現(xiàn)有技術(shù)2)中公布了一種同軸引出相對(duì)論返波管的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中慢波結(jié)構(gòu)由9個(gè)慢波葉片組成，每個(gè)慢波葉片的內(nèi)表面均是梯形結(jié)構(gòu)，左側(cè)8個(gè)慢波葉片完全相同，第9個(gè)慢波葉片具有較大的最大外半徑，9個(gè)慢波葉片的長(zhǎng)L1度相同。該同軸引出相對(duì)論返波管還包括一個(gè)圓柱形的同軸提取結(jié)構(gòu)，在同軸提取結(jié)構(gòu)左端面挖有環(huán)形凹槽，利用凹槽內(nèi)壁吸收殘余電子。由于該結(jié)構(gòu)只是初歩建立的數(shù)值仿真模型，同軸提取結(jié)構(gòu)和輸出波導(dǎo)的連接方式?jīng)]有交代。粒子模擬結(jié)果得到輸出微波功率為2.0GW，頻率為9.28GHz，效率達(dá)45%。但是在對(duì)該器件的模擬結(jié)果中，輸出功率含有直流成分，因而模擬結(jié)果有較大誤差。器件慢波結(jié)構(gòu)采用9個(gè)慢波葉片，導(dǎo)致軸向長(zhǎng)度過大，不利于器件的小型化。此外，器件擬利用同軸提取結(jié)構(gòu)左側(cè)的凹槽內(nèi)壁吸收殘余電子，減少電子束直接轟擊輸出波導(dǎo)內(nèi)壁產(chǎn)生的二次電子，進(jìn)而削弱二次電子對(duì)器件工作過程的影響，實(shí)現(xiàn)微波的長(zhǎng)脈沖輸出。但是電子束長(zhǎng)時(shí)間轟擊后容易使凹槽內(nèi)壁的不銹鋼材料升溫，進(jìn)而產(chǎn)生等離子體，影響器件的工作。由于同軸提取結(jié)構(gòu)位于器件的內(nèi)部，不容易利用水循環(huán)進(jìn)行冷卻，故不利于RBWO長(zhǎng)脈沖、重復(fù)頻率工作。因此，盡管人們已經(jīng)開始研究高效率RBW0、長(zhǎng)脈沖RBW0，但很少見到成熟且簡(jiǎn)單易行的方案，尤其是同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率、長(zhǎng)脈沖RBWO的技術(shù)方案尚未有公開報(bào)導(dǎo)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:本發(fā)明提供一種同軸提取長(zhǎng)脈沖相對(duì)論返波振蕩器，克服通常RBWO難以兼顧功率轉(zhuǎn)換效率高、輸出微波脈寬長(zhǎng)，解決同軸提取結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生等離子體影響工作效率的問題，在使用較少慢波葉片下的情況下實(shí)現(xiàn)高效率、長(zhǎng)脈沖的輸出微波，且該微波源結(jié)構(gòu)緊湊、易于重復(fù)頻率運(yùn)行。本發(fā)明的工作原理是:陰極產(chǎn)生的相對(duì)論電子束與由慢波結(jié)構(gòu)決定的TMtll模式的電磁波進(jìn)行束波相互作用，產(chǎn)生高功率微波經(jīng)由輸出波導(dǎo)和同軸提取結(jié)構(gòu)組成的輸出口輻射出去。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種同軸提取長(zhǎng)脈沖相對(duì)論返波振蕩器，包括陰極座301、陰極302、陽(yáng)極外筒303、截止頸304、慢波結(jié)構(gòu)305、錐形波導(dǎo)306、輸出波導(dǎo)307、螺線管磁場(chǎng)308，所述陰極座301左端連接脈沖功率源的內(nèi)導(dǎo)體，所述陽(yáng)極外筒303左端連接脈沖功率源的外導(dǎo)體，所述陰極302固定在陰極座301右端，在陰極302右端設(shè)置截止頸304，所述慢波結(jié)構(gòu)305位于所述截止頸304的右側(cè)，通過錐形波導(dǎo)306與輸出波導(dǎo)307相連，在所述陽(yáng)極外筒303外圍設(shè)置所述螺線管磁場(chǎng)308，在慢波結(jié)構(gòu)305右側(cè)還設(shè)置有固定在所述輸出波導(dǎo)307內(nèi)壁上的同軸提取結(jié)構(gòu)309，所述同軸提取結(jié)構(gòu)309為與所述輸出波導(dǎo)307具有相同中心軸線的圓柱體。優(yōu)選地，所述同軸提取結(jié)構(gòu)309左端面與所述慢波結(jié)構(gòu)305右側(cè)末端的距離范圍為工作波長(zhǎng)的.0.1-0.2倍。優(yōu)選地，所述同軸提取結(jié)構(gòu)309左端面與所述慢波結(jié)構(gòu)305右側(cè)末端的距離范圍為工作波長(zhǎng)的1/6。優(yōu)選地，所述同軸提取結(jié)構(gòu)309通過支撐桿固定在所述輸出波導(dǎo)307內(nèi)壁上。
優(yōu)選地，在所述截止頸304和所述慢波結(jié)構(gòu)305之間還設(shè)置有形狀為圓盤狀的前置反射腔310。優(yōu)選地，所述前置反射腔的長(zhǎng)度為工作波長(zhǎng)的0.15-0.35倍。優(yōu)選地，所述前置反射腔的長(zhǎng)度為工作波長(zhǎng)的1/4。優(yōu)選地，所述慢波結(jié)構(gòu)305包括5個(gè)慢波葉片。優(yōu)選地，所述慢波結(jié)構(gòu)305的慢波葉片內(nèi)表面為梯形結(jié)構(gòu)、矩形結(jié)構(gòu)或正弦結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述陰極座301、陽(yáng)極外筒303、截止頸304、慢波結(jié)構(gòu)305、錐形波導(dǎo)306、輸出波導(dǎo)307、前置反射腔310和同軸提取結(jié)構(gòu)309采用不銹鋼材料，陰極302采用石墨、耐熱玻璃布-環(huán)氧樹脂覆銅箔板材料或不銹鋼材料，螺線管磁場(chǎng)308采用漆包銅線或玻璃絲包銅線制成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明可達(dá)到以下技術(shù)效果:(I)本發(fā)明采用圓柱體作為同軸提取結(jié)構(gòu)增加反射，有利于提高腔體的Q值，在諧振條件下能提高束波作用效率，可在慢波葉片較少(5個(gè)周期)的情況下實(shí)現(xiàn)高效的單頻振蕩，確保實(shí)現(xiàn)小型化和高效率。圓柱體同軸提取結(jié)構(gòu)既能克服帶凹槽的同軸提取結(jié)構(gòu)產(chǎn)生等離子體影響工作效率，同時(shí)該同軸提取結(jié)構(gòu)與錐形波導(dǎo)還具備對(duì)電磁波模式進(jìn)行轉(zhuǎn)換的功能，可將慢波結(jié)構(gòu)區(qū)的TMtll模轉(zhuǎn)換為同軸TCM模，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝實(shí)現(xiàn)。(2)慢波結(jié)構(gòu)前端采用前置反射腔來(lái)取代截止頸，能夠利用前置反射腔本身的諧振特性，達(dá)到截止頸的效果，反射向ニ極管區(qū)方向傳輸?shù)奈⒉?，避免造成不利影響。同時(shí)，采用前置反射腔結(jié)構(gòu)，電子束距離諧振腔的徑向距離優(yōu)化后為5mm (大于帶截止頸結(jié)構(gòu)RBWO的2mm)，避免電子束刮擦或轟擊前置反射腔，削弱器件內(nèi)部射頻場(chǎng)，可以有效削弱由于陰極等離子體的徑向膨脹而造成的微波脈寬縮短。前置反射腔還可以對(duì)從陰極發(fā)射的電子束進(jìn)行預(yù)調(diào)制，有利于隨后的束波相互作用，提高器件功率轉(zhuǎn)換效率。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)I中記載的RBWO的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)2中公布的RBWO結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明中的同軸提取長(zhǎng)脈沖RBWO的實(shí)施例的原理圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為幾種不同慢波結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6為同軸提取結(jié)構(gòu)的連接示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1為現(xiàn)有技術(shù)I中公布的長(zhǎng)脈沖RBWO的結(jié)構(gòu)示意圖。該結(jié)構(gòu)由陰極座101、陰極102、陽(yáng)極外筒103、截止頸104、慢波結(jié)構(gòu)105、錐形波導(dǎo)106、輸出波導(dǎo)107、螺線管磁場(chǎng)108組成，整個(gè)結(jié)構(gòu)關(guān)于中心軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。其中慢波結(jié)構(gòu)5由5個(gè)慢波葉片組成，每個(gè)慢波葉片的內(nèi)表面均是梯形結(jié)構(gòu)，左側(cè)4個(gè)慢波葉片完全相同，最大外半徑為R3，最小內(nèi)半徑為R4 ;第5個(gè)慢波葉片最大外半徑為R3，最小內(nèi)半徑為R5，平均半徑為R6，滿足R3 > R6 > R5> R4,5個(gè)慢波葉片的長(zhǎng)度L1相同。輸出波導(dǎo)107為內(nèi)半徑為R7的圓波導(dǎo)，利用波導(dǎo)內(nèi)壁收集殘余電子。該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了脈寬為IOOns的長(zhǎng)脈沖高功率微波輸出，這對(duì)于研制長(zhǎng)脈沖RBWO有重要借鑒意義。但是該器件功率轉(zhuǎn)換效率較低，僅為20%，低于通常RBffO的30%的功率轉(zhuǎn)換效率，不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)脈沖RBWO的高效率運(yùn)行，不利于高功率微波系統(tǒng)的小型化和緊湊化，影響其應(yīng)用范圍的拓展。圖2為現(xiàn)有技術(shù)2中公布的高效率RBWO的結(jié)構(gòu)示意圖。雖然該論文公布了該結(jié)構(gòu)的組成，但該結(jié)構(gòu)只是初歩建立的數(shù)值仿真模型，沒有具體技術(shù)方案。該結(jié)構(gòu)由陰極座201、陰極202、陽(yáng)極外筒203、截止頸204、慢波結(jié)構(gòu)205、錐形波導(dǎo)206、輸出波導(dǎo)207、螺線管磁場(chǎng)208、同軸提取結(jié)構(gòu)209組成，整個(gè)結(jié)構(gòu)關(guān)于中心軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。其中慢波結(jié)構(gòu)205由9個(gè)慢波葉片組成，每個(gè)慢波葉片的內(nèi)表面均是梯形結(jié)構(gòu)，左側(cè)8個(gè)慢波葉片完全相同，最大外半徑為R3，最小內(nèi)半徑為R4 ;第9個(gè)慢波葉片最大外半徑為R3，最小內(nèi)半徑為R5，平均半徑為R6，滿足R3 > R6 > R5 > R4。9個(gè)慢波葉片的長(zhǎng)度L1相同。輸出波導(dǎo)為內(nèi)半徑為R7的圓波導(dǎo)。同軸提取結(jié)構(gòu)9為外半徑為R8的圓柱，在同軸提取結(jié)構(gòu)209左端面挖有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽的內(nèi)半徑R9和外半徑Rltl滿足Rltl > R1 > R9，利用凹槽內(nèi)壁吸收殘余電子。由于該結(jié)構(gòu)只是初步建立的數(shù)值仿真模型，同軸提取結(jié)構(gòu)209和輸出波導(dǎo)207的連接方式?jīng)]有交代。利用該方案建立仿真模型，通過模擬得到輸出微波功率為2.0GW，頻率為9.28GHz，效率達(dá)45% (高于通常RBWO的30%的功率轉(zhuǎn)換效率)，這對(duì)于研制高效率RBWO有重要借鑒意義。但是，對(duì)該器件的模擬結(jié)果中，輸出功率含有直流成分，因而模擬結(jié)果有較大誤差。器件采用9個(gè)慢波結(jié)構(gòu)205，導(dǎo)致軸向長(zhǎng)度過大，不利于器件的小型化。此外，器件擬利用同軸提取結(jié)構(gòu)209左側(cè)的凹槽內(nèi)壁吸收殘余電子，減少電子束直接轟擊輸出波導(dǎo)207內(nèi)壁產(chǎn)生的二次電子，進(jìn)而削弱二次電子對(duì)器件工作過程的影響，實(shí)現(xiàn)微波的長(zhǎng)脈沖輸出。但是電子束長(zhǎng)時(shí)間轟擊后容易使凹槽內(nèi)壁的不銹鋼材料升溫，進(jìn)而產(chǎn)生等離子體，影響器件的工作。由于同軸提取結(jié)構(gòu)209位于器件的內(nèi)部，不容易利用水循環(huán)進(jìn)行冷卻，故不利于RBWO長(zhǎng)脈沖、重復(fù)頻率工作。圖3為本發(fā)明同軸提取長(zhǎng)脈沖RBWO的一種實(shí)施例的原理圖，圖4為實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明由陰極座301、陰極302、陽(yáng)極外筒303、截止頸304、慢波結(jié)構(gòu)305、錐形波導(dǎo)306、輸出波導(dǎo)307、螺線管磁場(chǎng)308、同軸提取結(jié)構(gòu)309、前置反射腔310組成，整個(gè)結(jié)構(gòu)關(guān)于中心軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。其中陰極座301、陽(yáng)極外筒303、截止頸304、慢波結(jié)構(gòu)305、錐形波導(dǎo)306、輸出波導(dǎo)307、前置反射腔310采用不銹鋼材料，同軸提取結(jié)構(gòu)309、支撐桿311可采用不銹鋼、鋁等金屬材料，陰極302可采用石墨、耐熱玻璃布-環(huán)氧樹脂覆銅箔板(FR-5)材料或不銹鋼材料，螺線管磁場(chǎng)308采用漆包銅線或玻璃絲包銅線。陰極座301左端外接脈沖功率源的內(nèi)導(dǎo)體，陽(yáng)極外筒303左端外接脈沖功率源的外導(dǎo)體。陰極302是ー個(gè)薄壁圓筒，壁厚一般取0.l_2mm，在本實(shí)施例中取值為0.1mm，陰極302固定在陰極座301右端，其內(nèi)半徑R1等于電子束的半徑，套在陰極座301右端。在陰極302右端設(shè)置截止頸304，截止頸304呈圓盤狀，內(nèi)半徑為R2, R2 > R1，具體尺寸需要根據(jù)エ作波長(zhǎng)\優(yōu)化設(shè)計(jì)。本發(fā)明在截止頸304和慢波結(jié)構(gòu)305之間設(shè)置了前置反射腔310。前置反射腔310呈圓盤狀，內(nèi)半徑R2和外半徑R11滿足Rn>R2，長(zhǎng)度L5—般取值為工作波長(zhǎng)入的0.15-0.35倍，在本實(shí)施例中L5為工作波長(zhǎng)入的四分之一。本實(shí)施例中慢波結(jié)構(gòu)305由5個(gè)慢波葉片組成，每個(gè)慢波葉片的內(nèi)表面均是梯形結(jié)構(gòu)，也可以采用矩形結(jié)構(gòu)或正弦結(jié)構(gòu)，詳見附圖5，圖5中分別示出了梯形、矩形和正弦結(jié)構(gòu)的慢波結(jié)構(gòu)(各僅示出剖面的上半部分，下半部分關(guān)于剖面線對(duì)稱)。5個(gè)慢波葉片完全相同，最大外半徑為R3，最小內(nèi)半徑為R4，平均半徑為R6，滿足R3 > R6 > R5 > R4，慢波葉片的長(zhǎng)度L1 一般取值為工作波長(zhǎng)\的0.4-0.6倍，在本實(shí)施例中L1為工作波長(zhǎng)\的二分之一。相鄰慢波葉片之間可以通過臺(tái)階座連接或螺紋連接實(shí)現(xiàn)緊密配合。本實(shí)施例中錐形波導(dǎo)306的左側(cè)內(nèi)半徑為R6,右側(cè)內(nèi)半徑為R7,長(zhǎng)度為L(zhǎng)2, L2 一般取值為工作波長(zhǎng)入的1.5-2.5倍，在本實(shí)施例中L2為工作波長(zhǎng)入的2倍。輸出波導(dǎo)307為內(nèi)半徑為R7的圓波導(dǎo)，利用波導(dǎo)內(nèi)壁收集電子。本實(shí)施例中截止頸304、前置反射腔310、慢波結(jié)構(gòu)305、錐形波導(dǎo)306與輸出波導(dǎo)307之間通過螺紋連接或臺(tái)階座連接固定后，從陽(yáng)極外筒303的右側(cè)、沿軸向、緊貼陽(yáng)極外筒303的內(nèi)壁，嵌入陽(yáng)極外筒303并固定。截止頸304左端面的外側(cè)與陽(yáng)極外筒303緊密接觸提供第一支撐點(diǎn)，錐形波導(dǎo)306外側(cè)中間位置通過法蘭與陽(yáng)極外筒303連接提供第二支撐點(diǎn)并起到沿軸向定位的作用。本實(shí)施例中在慢波結(jié)構(gòu)右側(cè)還設(shè)置有同軸提取結(jié)構(gòu)309，同軸提取結(jié)構(gòu)309為外半徑為R8的圓柱體，其左端面與慢波結(jié)構(gòu)305右側(cè)末端的距離為L(zhǎng)3, L3 一般取值為工作波長(zhǎng)入的0.1-0.2倍，在本實(shí)施例中L3為工作波長(zhǎng)\的六分之一。同軸提取結(jié)構(gòu)309采用支撐桿的形式固定在輸出波導(dǎo)的內(nèi)壁上。在本實(shí)施例中支撐桿311共有兩排，形狀可以采用長(zhǎng)方體或圓柱體，每排支撐桿311的個(gè)數(shù)由工作波長(zhǎng)\和R7、R8優(yōu)化設(shè)計(jì)，一般要求設(shè)置支撐桿時(shí)對(duì)該波長(zhǎng)微波傳輸時(shí)的反射系數(shù)盡可能小(通常小于1%)。第一排支撐桿311a設(shè)置在距離同軸提取結(jié)構(gòu)309左端面為L(zhǎng)6的位置，L6在本實(shí)施例中等于工作 波長(zhǎng)\。第二排支撐桿311b與第一排支撐桿311a之間的距離為L(zhǎng)7，在本實(shí)施例中為工作波長(zhǎng)入的四分之一。采用兩排支撐桿311既增強(qiáng)了支撐強(qiáng)度，又可以消除輸出口對(duì)微波的反射。同軸提取結(jié)構(gòu)309由兩排支撐桿311支撐，從輸出波導(dǎo)307的右端沿軸向嵌入輸出波導(dǎo)307內(nèi)。在本實(shí)施例中,第一排支撐桿311a通過定位臺(tái)階座固定在距離同軸提取結(jié)構(gòu)309左端面為L(zhǎng)6的輸出波導(dǎo)307的內(nèi)壁上，再沿軸向放入ー個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)7的金屬圓環(huán)312a壓緊第一排支撐桿311a ;隨后沿軸向放入第二排支撐桿311b壓緊第一個(gè)金屬圓環(huán)312a ;最后沿軸向放入第二個(gè)金屬圓環(huán)312b壓緊第二排支撐桿311b，見附圖6。輸出波導(dǎo)307的右端接天線，同軸提取結(jié)構(gòu)309右端接模式轉(zhuǎn)換器，可參照不同波長(zhǎng)的要求，根據(jù)通用的天線設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)可得。本發(fā)明運(yùn)行時(shí)，陰極302產(chǎn)生的相對(duì)論電子束與由慢波結(jié)構(gòu)305決定的TMtll模式的電磁波進(jìn)行束波相互作用，產(chǎn)生的高功率微波從微波經(jīng)由輸出波導(dǎo)307和同軸提取結(jié)構(gòu)309組成的輸出ロ輻射出去。本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了中心頻率為3.78GHz (對(duì)應(yīng)微波波長(zhǎng)入=7.9cm)的同軸提取高效率長(zhǎng)脈沖 RBW0。(相應(yīng)的尺寸設(shè)計(jì)為:1^=271 , R2=34mm, R3=40mni, R4=31mm, R5=32mm, R6=36mm,R7=64mm，R8=20mm，Rn=59mm，R12=42mm，L1=47mm, L2=158mm，L3=14mm，L5=22mm，L6=IOOmm,L7=20mm)在ニ極管電壓834kV、電流9.3kA、導(dǎo)引磁場(chǎng)2.1T的條件下，輸出微波功率2.9GW,功率轉(zhuǎn)換效率37.4%，脈寬117ns(電脈寬160ns)。由上述結(jié)果可知，本發(fā)明克服了通常RBWO只能単一追求高效率或長(zhǎng)脈沖的缺點(diǎn)，能同時(shí)兼顧高效率和長(zhǎng)脈沖高功率微波輸出，并且實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的小型化(僅有5個(gè)慢波葉片)，對(duì)于設(shè)計(jì)該類型器件具有重要的借鑒意義。當(dāng)然，在本實(shí)施例中同軸提取結(jié)構(gòu)和陽(yáng)極外筒連接的支撐桿并不局限于兩排，所述支撐桿通過臺(tái)階座和金屬圓環(huán)卡合連接的方式也可以采用螺栓連接等其他替代方式，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種同軸提取長(zhǎng)脈沖相對(duì)論返波振蕩器，包括陰極座(301)、陰極(302)、陽(yáng)極外筒(303)、截止頸(304)、慢波結(jié)構(gòu)(305)、錐形波導(dǎo)(306)、輸出波導(dǎo)(307)、螺線管磁場(chǎng)(308)，所述陰極座(301)左端連接脈沖功率源的內(nèi)導(dǎo)體，所述陽(yáng)極外筒(303)左端連接脈沖功率源的外導(dǎo)體，所述陰極(302)固定在陰極座(301)右端，在陰極(302)右端設(shè)置截止頸(304)，所述慢波結(jié)構(gòu)(305)位于所述截止頸(304)的右側(cè)，通過錐形波導(dǎo)(306)與輸出波導(dǎo)(307)相連，在所述陽(yáng)極外筒(303)外圍設(shè)置所述螺線管磁場(chǎng)(308)，其特征在干:在慢波結(jié)構(gòu)(305)右側(cè)還設(shè)置有固定在所述輸出波導(dǎo)(307)內(nèi)壁上的同軸提取結(jié)構(gòu)(309)，所述同軸提取結(jié)構(gòu)(309)為與所述輸出波導(dǎo)(307)具有相同中心軸線的圓柱體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸提取長(zhǎng)脈沖相對(duì)論返波振蕩器，其特征在于:所述同軸提取結(jié)構(gòu)(309)左端面與所述慢波結(jié)構(gòu)(305)右側(cè)末端的距離范圍為工作波長(zhǎng)的0.1-0.2倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的同軸提取長(zhǎng)脈沖相對(duì)論返波振蕩器，其特征在于:所述同軸提取結(jié)構(gòu)(309)左端面與所述慢波結(jié)構(gòu)(305)右側(cè)末端的距離范圍為工作波長(zhǎng)的1/6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的同軸提取長(zhǎng)脈沖相對(duì)論返波振蕩器，其特征在于:所述同軸提取結(jié)構(gòu)(309)通過支撐桿固定在所述輸出波導(dǎo)(307)內(nèi)壁上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的同軸提取長(zhǎng)脈沖相對(duì)論返波振蕩器，其特征在于:在所述截止頸(304)和所述慢波結(jié)構(gòu)(305)之間還設(shè)置有形狀為圓盤狀的前置反射腔(310)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的同軸提取長(zhǎng)脈沖相對(duì)論返波振蕩器，其特征在于:所述前置反射腔的長(zhǎng)度為工作波長(zhǎng)的0.15-0.35倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的同軸提取長(zhǎng)脈沖相對(duì)論返波振蕩器，其特征在于:所述前置反射腔的長(zhǎng)度為工作波長(zhǎng)的1/4。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸提取長(zhǎng)脈沖相對(duì)論返波振蕩器，其特征在于:所述慢波結(jié)構(gòu)(305)包括5個(gè)慢波葉片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的同軸提取長(zhǎng)脈沖相對(duì)論返波振蕩器，其特征在于:所述慢波結(jié)構(gòu)(305)的慢波葉片內(nèi)表面為梯形結(jié)構(gòu)、矩形結(jié)構(gòu)或正弦結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的同軸提取長(zhǎng)脈沖相對(duì)論返波振蕩器，其特征在于:所述陰極座(301)、陽(yáng)極外筒(303)、截止頸(304)、慢波結(jié)構(gòu)(305)、錐形波導(dǎo)(306)、輸出波導(dǎo)(307)、前置反射腔(310)和同軸提取結(jié)構(gòu)(309)采用不銹鋼材料，陰極(302)采用石墨、耐熱玻璃布-環(huán)氧樹脂覆銅箔板材料或不銹鋼材料，螺線管磁場(chǎng)(308)采用漆包銅線或玻璃絲包銅線制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及高功率微波技術(shù)領(lǐng)域的微波源器件，提供一種同軸提取長(zhǎng)脈沖相對(duì)論返波振蕩器，包括陰極座、陰極、陽(yáng)極外筒、截止頸、慢波結(jié)構(gòu)、錐形波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)、螺線管磁場(chǎng)、同軸提取結(jié)構(gòu)和前置反射腔。同軸提取結(jié)構(gòu)為圓柱體，前置反射腔設(shè)置在截止頸慢波結(jié)構(gòu)之間。本發(fā)明采用圓柱體作為同軸提取結(jié)構(gòu)，既能克服帶凹槽的同軸提取結(jié)構(gòu)產(chǎn)生等離子體，同時(shí)具備對(duì)電磁波模式進(jìn)行轉(zhuǎn)換的功能，便于安裝實(shí)現(xiàn)。采用前置反射腔來(lái)取代截止頸，能夠利用前置反射腔本身的諧振特性，達(dá)到截止頸的效果，避免電子束刮擦或轟擊前置反射腔，還可以對(duì)從陰極發(fā)射的電子束進(jìn)行預(yù)調(diào)制，有利于隨后的束波相互作用，提高器件功率轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01J25/46GK103137399SQ201310039900
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者葛行軍, 張軍, 靳振興, 樊玉偉, 賀軍濤, 楊建華, 鐘輝煌, 張建德 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)