一種輸出漸變放大高功率微波的慢波結(jié)構(gòu)微波振蕩器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輸出漸變放大高功率微波的慢波結(jié)構(gòu)微波振蕩器，所述微波振蕩器的慢波結(jié)構(gòu)呈錐形分布；所述微波振蕩器包括：引導(dǎo)磁體，其具有圓柱體空腔；所述引導(dǎo)磁體內(nèi)依次同軸設(shè)置有陰極、慢波結(jié)構(gòu)和同軸內(nèi)導(dǎo)體。本發(fā)明的高功率微波器件中慢波結(jié)構(gòu)漸變放大呈錐形分布，通過引導(dǎo)磁場軸向及徑向分布引導(dǎo)電子束由陰極進(jìn)入慢波結(jié)構(gòu)漸變放大高功率微波振蕩器互作用腔，強(qiáng)流電子束在引導(dǎo)磁場的約束下緊貼慢波結(jié)構(gòu)表面?zhèn)鬏?，微波輸出腔?nèi)的同軸內(nèi)導(dǎo)體，增強(qiáng)束波互作用，提高微波輸出效率，并可以用它來調(diào)節(jié)輸出窗的大小，以便保證微波輸出結(jié)構(gòu)的緊湊，適當(dāng)調(diào)整同軸內(nèi)導(dǎo)體尺寸結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)在較低磁場引導(dǎo)下，較高效率的微波輸出。
【專利說明】
-種輸出漸變放大高功率微波的慢波結(jié)構(gòu)微波振蕩器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及高功率微波器件技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種輸出漸變放大高功率微波的 慢波結(jié)構(gòu)微波振蕩器。
【背景技術(shù)】
[0002] 高功率微波器件器件研究逐步向高功率、高效率的方向發(fā)展。隨著高功率微波研 究發(fā)展，對(duì)高功率微波源的系統(tǒng)總效率提出了越來越高的要求。在現(xiàn)有高功率微波源中，高 阻抗器件的束波轉(zhuǎn)換效率較高，但一般需要較強(qiáng)的引導(dǎo)磁場，特別是當(dāng)微波源運(yùn)行在重復(fù) 頻率狀態(tài)時(shí)，需要一個(gè)體積龐大的、高耗能的螺線管磁體系統(tǒng)或使用麻煩的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)； 而低阻抗器件需要輸出功率較高的脈沖功率源，器件束波轉(zhuǎn)換效率受到限制。因此，如何設(shè) 計(jì)出較低引導(dǎo)磁場、高效率、高功率的微波源，一直是人們追求的目標(biāo)之一。
[0003] 高功率微波振蕩器中振蕩器慢波結(jié)構(gòu)漸變放大呈錐形分布，采用同軸軸向輸出高 功率微波，利用引導(dǎo)磁場徑向強(qiáng)度分布引導(dǎo)環(huán)形強(qiáng)流電子束直徑呈錐形放大傳輸，并與漸 變放大呈錐形分布的慢波結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電磁場發(fā)生束波互作用，在微波輸出端采用同軸輸出 結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)束波互作用，提高微波輸出效率，并可W用它來調(diào)節(jié)輸出窗的大小，W便保證微 波輸出結(jié)構(gòu)的緊湊。
[0004] 慢波結(jié)構(gòu)漸變放大高功率微波振蕩器中強(qiáng)流電子束通過磁場約束緊靠慢波結(jié)構(gòu) 葉片軸向飛行的空屯、電子束，可W與葉片徑向排列的慢波結(jié)構(gòu)充分地發(fā)生相互作用，器件 束波轉(zhuǎn)換效率高，高功率微波比較容易起振。內(nèi)徑逐漸增大的錐形慢波結(jié)構(gòu)可W使微波充 分地放大，較大的軸向群速度決定了微波的軸向輸出要比徑向輸出容易得多。
[0005] 慢波結(jié)構(gòu)漸變放大高功率微波振蕩器中通過引導(dǎo)磁場軸向及徑向的組合分布，使 電子束可W實(shí)現(xiàn)環(huán)形束半徑呈錐形方法傳輸。并且微波輸出端采用同軸輸出結(jié)構(gòu)，適當(dāng)調(diào) 整同軸內(nèi)導(dǎo)體尺寸結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)在較低磁場引導(dǎo)下，較高效率的微波輸出。
[0006] 本發(fā)明利用慢波結(jié)構(gòu)漸變放大呈錐形分布，通過引導(dǎo)磁場軸向及徑向分布引導(dǎo)電 子束由陰極進(jìn)入慢波結(jié)構(gòu)漸變放大高功率微波振蕩器互作用腔，強(qiáng)流電子束在引導(dǎo)磁場的 約束下緊貼慢波結(jié)構(gòu)表面?zhèn)鬏?。微波輸出腔?nèi)的同軸內(nèi)導(dǎo)體，增強(qiáng)束波互作用，提高微波輸 出效率，并可W用它來調(diào)節(jié)輸出窗的大小，W便保證微波輸出結(jié)構(gòu)的緊湊。本發(fā)明中的低頻 及高頻器件可根據(jù)實(shí)際頻率需求進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)靈活多變，在高功率微波器件中可 W很好的實(shí)現(xiàn)低此磁場高效率的高功率微波產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu) 點(diǎn)。
[000引為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種輸出漸變放大高功率微 波的慢波結(jié)構(gòu)微波振蕩器，所述微波振蕩器的慢波結(jié)構(gòu)呈錐形分布。
[0009]優(yōu)選的是，所述微波振蕩器內(nèi)依次同軸設(shè)置有陰極、慢波結(jié)構(gòu)和同軸內(nèi)導(dǎo)體;所述 微波振蕩器的外部設(shè)置有引導(dǎo)磁體。
[0010] 優(yōu)選的是，所述慢波結(jié)構(gòu)有多個(gè)，其由從陰極發(fā)射端開始依次分布的多個(gè)間隔設(shè) 置的慢波結(jié)構(gòu)環(huán)形葉片組成;每個(gè)慢波結(jié)構(gòu)的周期長度為第一常量，慢波結(jié)構(gòu)的腔深為第 二常量;其中，慢波結(jié)構(gòu)的半徑成等差數(shù)列增加 W實(shí)現(xiàn)慢波結(jié)構(gòu)呈錐形分布。
[0011] 優(yōu)選的是，所述慢波結(jié)構(gòu)的前四個(gè)慢波結(jié)構(gòu)的半徑為第=常量，從第五個(gè)慢波結(jié) 構(gòu)開始，慢波結(jié)構(gòu)的半徑成等差數(shù)列增加 W實(shí)現(xiàn)慢波結(jié)構(gòu)呈錐形分布。
[0012]優(yōu)選的是，所泌區(qū)波結(jié)構(gòu)有12個(gè);所述第一常量為IOmm;所述第二常量為5mm;所述 第=常量為30mm;所述等差數(shù)列的公差為3mm。
[001引優(yōu)選的是，所述同軸內(nèi)導(dǎo)體的直徑為60mm，與陰極發(fā)射端面的距離化10mm。
[0014]優(yōu)選的是，所述陰極為石墨陰極，在陰陽極電壓SOOkV驅(qū)動(dòng)下場致發(fā)射石墨陰極產(chǎn) 生環(huán)形強(qiáng)流電子束，環(huán)形強(qiáng)流電子束的內(nèi)外半徑分別為2.5cm和2.8cm。
[001曰]優(yōu)選的是，所述引導(dǎo)磁體產(chǎn)生0.5T的軸向引導(dǎo)磁場。
[0016] 本發(fā)明至少包括W下有益效果：高功率微波器件中慢波結(jié)構(gòu)漸變放大呈錐形分 布，通過引導(dǎo)磁場軸向及徑向分布引導(dǎo)電子束由陰極進(jìn)入慢波結(jié)構(gòu)漸變放大高功率微波振 蕩器互作用腔，強(qiáng)流電子束在引導(dǎo)磁場的約束下緊貼慢波結(jié)構(gòu)表面?zhèn)鬏?，微波輸出腔?nèi)的 同軸內(nèi)導(dǎo)體，增強(qiáng)束波互作用，提高微波輸出效率，并可W用它來調(diào)節(jié)輸出窗的大小，W便 保證微波輸出結(jié)構(gòu)的緊湊，適當(dāng)調(diào)整同軸內(nèi)導(dǎo)體尺寸結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)在較低磁場引導(dǎo)下，較高 效率的微波輸出。
[0017] 本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對(duì)本 發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說明】：
[0018] 圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所述輸出漸變放大高功率微波的慢波結(jié)構(gòu)微波振蕩器的 正面剖視圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明另一種實(shí)施的輸出漸變放大高功率微波的慢波結(jié)構(gòu)微波振蕩器的正 面剖視圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0020] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，W令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文 字能夠據(jù)W實(shí)施。
[0021] 應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如"具有"、"包含"W及"包括"術(shù)語并不配出一個(gè)或多 個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。
[0022] 圖1示出了本發(fā)明的一種輸出漸變放大高功率微波的慢波結(jié)構(gòu)微波振蕩器，所述 微波振蕩器的慢波結(jié)構(gòu)呈錐形分布;所述微波振蕩器2依次同軸設(shè)置有陰極1、慢波結(jié)構(gòu)和 同軸內(nèi)導(dǎo)體5;所述微波振蕩器的外部設(shè)置有引導(dǎo)磁體4;所述引導(dǎo)磁體具有圓柱體空腔。
[0023] 在運(yùn)種技術(shù)方案中，高功率微波振蕩器2中振蕩器慢波結(jié)構(gòu)漸變放大呈錐形分布， 采用同軸軸向輸出高功率微波，利用引導(dǎo)磁體產(chǎn)生的徑向強(qiáng)度分布的引導(dǎo)磁場引導(dǎo)環(huán)形強(qiáng) 流電子束直徑呈錐形放大傳輸，并與漸變放大呈錐形分布的慢波結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電磁場發(fā)生束 波互作用，在微波輸出端采用同軸內(nèi)導(dǎo)體輸出結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)束波互作用，提高微波輸出效率， 并可W用它來調(diào)節(jié)輸出窗的大小，W便保證微波輸出結(jié)構(gòu)的緊湊;慢波結(jié)構(gòu)漸變放大高功 率微波振蕩器采用陰極1產(chǎn)生環(huán)形空屯、電子束3從圓柱的一端輸入，器件外徑可W只有幾個(gè) 厘米，器件體積小，因此器件的頻率可W高達(dá)十幾 GHz;慢波結(jié)構(gòu)漸變放大高功率微波振蕩 器中強(qiáng)流電子束通過磁場約束緊靠慢波結(jié)構(gòu)葉片軸向飛行的空屯、電子束，可W與葉片徑向 排列的慢波結(jié)構(gòu)2充分地發(fā)生相互作用，器件束波轉(zhuǎn)換效率高，高功率微波比較容易起振。 內(nèi)徑逐漸增大的錐形慢波結(jié)構(gòu)可W使微波充分地放大，較大的軸向群速度決定了微波的軸 向輸出要比徑向輸出容易得多。慢波結(jié)構(gòu)漸變放大高功率微波振蕩器中通過引導(dǎo)磁場軸向 及徑向的組合分布，使電子束可W實(shí)現(xiàn)環(huán)形束半徑呈錐形方法傳輸。并且微波輸出端采用 同軸輸出結(jié)構(gòu)，適當(dāng)調(diào)整同軸內(nèi)導(dǎo)體尺寸結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)在較低磁場引導(dǎo)下，較高效率的微波 輸出。
[0024] 在運(yùn)種技術(shù)方案中，如圖2所示，所述慢波結(jié)構(gòu)有多個(gè)，其由從陰極發(fā)射端開始依 次分布的多個(gè)間隔設(shè)置的慢波結(jié)構(gòu)環(huán)形葉片組成;每個(gè)慢波結(jié)構(gòu)的周期長度為第一常量A， 慢波結(jié)構(gòu)的腔深為第二常量B;其中，慢波結(jié)構(gòu)的半徑成等差數(shù)列增加 W實(shí)現(xiàn)慢波結(jié)構(gòu)呈錐 形分布。
[0025] 在運(yùn)種技術(shù)方案中，所述慢波結(jié)構(gòu)的前四個(gè)慢波結(jié)構(gòu)的半徑為第=常量C，從第五 個(gè)慢波結(jié)構(gòu)開始，慢波結(jié)構(gòu)的半徑成等差數(shù)列增加 W實(shí)現(xiàn)慢波結(jié)構(gòu)呈錐形分布。
[0026] 在另一種實(shí)施例中，所述慢波結(jié)構(gòu)有12個(gè);所述第一常量為IOmm;所述第二常量為 5mm;所述第=常量為30mm;所述等差數(shù)列的公差為3mm;即慢波結(jié)構(gòu)周期長度為10mm，慢波 結(jié)構(gòu)半徑為30mm，慢波結(jié)構(gòu)腔深為5mm;慢波結(jié)構(gòu)的前四個(gè)慢波結(jié)構(gòu)的半徑為30mm，從第五 個(gè)慢波結(jié)構(gòu)開始，慢波結(jié)構(gòu)半徑逐步增加 3mm，即第五個(gè)慢波結(jié)構(gòu)的半徑為33mm，周期長度 及腔深尺寸不變;所述同軸內(nèi)導(dǎo)體的直徑為60mm，與陰極發(fā)射端面的距離為IlOmm;所述陰 極為石墨陰極，在陰陽極電壓SOOkV驅(qū)動(dòng)下場致發(fā)射石墨陰極產(chǎn)生環(huán)形強(qiáng)流電子束，環(huán)形強(qiáng) 流電子束的內(nèi)外半徑分別為2.5cm和2.8cm;所述引導(dǎo)磁體產(chǎn)生0.5T的軸向引導(dǎo)磁場。在運(yùn) 種技術(shù)方案中，假定陰極產(chǎn)生的強(qiáng)流電子束發(fā)射處的位置為0,實(shí)現(xiàn)電子束沿慢波結(jié)構(gòu)漸變 放大表面?zhèn)鬏數(shù)拇艌龇植既绫?所示。在此0.5刊茲場引導(dǎo)下，強(qiáng)流電子束沿呈錐形分布漸變 放大慢波結(jié)構(gòu)的表面?zhèn)鬏敗?br>[0027] 表1慢波結(jié)構(gòu)漸變放大高功率微波振蕩器引導(dǎo)磁場分布 rnn9Ri
L〇〇29」慢波結(jié)構(gòu)漸變放大高功率微波振蕩器在此電于束參數(shù)，結(jié)構(gòu)參數(shù)必表1所述的引 導(dǎo)磁場下，可產(chǎn)生頻率為10.5G化的高功率微波。
[0030]盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列 運(yùn)用，它完全可W被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地 實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限 于特定的細(xì)節(jié)和運(yùn)里示出與描述的圖例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種輸出漸變放大高功率微波的慢波結(jié)構(gòu)微波振蕩器，其特征在于，所述微波振蕩 器的慢波結(jié)構(gòu)呈錐形分布。2. 如權(quán)利要求1所述的輸出漸變放大高功率微波的慢波結(jié)構(gòu)微波振蕩器，其特征在于， 所述微波振蕩器內(nèi)依次同軸設(shè)置有陰極、慢波結(jié)構(gòu)和同軸內(nèi)導(dǎo)體;所述微波振蕩器的外部 設(shè)置有引導(dǎo)磁體。3. 如權(quán)利要求2所述的輸出漸變放大高功率微波的慢波結(jié)構(gòu)微波振蕩器，其特征在于， 所述慢波結(jié)構(gòu)有多個(gè)，其由從陰極發(fā)射端開始依次分布的多個(gè)間隔設(shè)置的慢波結(jié)構(gòu)環(huán)形葉 片組成;每個(gè)慢波結(jié)構(gòu)的周期長度為第一常量，慢波結(jié)構(gòu)的腔深為第二常量;其中，慢波結(jié) 構(gòu)的半徑成等差數(shù)列增加以實(shí)現(xiàn)慢波結(jié)構(gòu)呈錐形分布。4. 如權(quán)利要求3所述的輸出漸變放大高功率微波的慢波結(jié)構(gòu)微波振蕩器，其特征在于， 所述慢波結(jié)構(gòu)的前四個(gè)慢波結(jié)構(gòu)的半徑為第三常量，從第五個(gè)慢波結(jié)構(gòu)開始，慢波結(jié)構(gòu)的 半徑成等差數(shù)列增加以實(shí)現(xiàn)慢波結(jié)構(gòu)呈錐形分布。5. 如權(quán)利要求4所述的輸出漸變放大高功率微波的慢波結(jié)構(gòu)微波振蕩器，其特征在于， 所述慢波結(jié)構(gòu)有12個(gè);所述第一常量為10mm;所述第二常量為5mm;所述第三常量為30mm;所 述等差數(shù)列的公差為3mm。6. 如權(quán)利要求5所述的輸出漸變放大高功率微波的慢波結(jié)構(gòu)微波振蕩器，其特征在于， 所述同軸內(nèi)導(dǎo)體的直徑為60_，與陰極發(fā)射端面的距離為110_。7. 如權(quán)利要求5所述的輸出漸變放大高功率微波的慢波結(jié)構(gòu)微波振蕩器，其特征在于， 所述陰極為石墨陰極，在陰陽極電壓800kV驅(qū)動(dòng)下場致發(fā)射石墨陰極產(chǎn)生環(huán)形強(qiáng)流電子束， 環(huán)形強(qiáng)流電子束的內(nèi)外半徑分別為2 · 5cm和2 · 8cm〇8. 如權(quán)利要求2所述的輸出漸變放大高功率微波的慢波結(jié)構(gòu)微波振蕩器，其特征在于， 所述引導(dǎo)磁體產(chǎn)生0.5T的軸向引導(dǎo)磁場。
【文檔編號(hào)】H01J23/24GK105845531SQ201610242779
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月18日
【發(fā)明人】丁恩燕, 張運(yùn)儉, 陸巍, 孟凡寶, 楊周炳, 李正紅, 馬喬生, 吳洋
【申請(qǐng)人】中國工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所