一種強(qiáng)流電子束徑向向內(nèi)發(fā)射無磁場高功率微波器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及高功率微波器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種強(qiáng)流電子束徑向向內(nèi)發(fā)射無磁場高功率微波器件。
【背景技術(shù)】
[0002]無引導(dǎo)磁場器件研究逐步向高功率、高效率的方向發(fā)展。上世紀(jì)90年代，BarryM.Marder提出了基于渡越時間效應(yīng)的分離腔振蕩器，可以在較短的距離內(nèi)對強(qiáng)流相對論電子束進(jìn)行調(diào)制而且不需外加磁場。由于電流要軸向通過分離腔金屬網(wǎng)，并且要防止虛陰極的形成，因此電流密度不能過大，所以這種器件為高阻器件，在一定程度上影響了其輸出微波的功率。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]作為各種廣泛且細(xì)致的研究和實驗的結(jié)果，本實用新型的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，利用環(huán)形強(qiáng)流電子束向內(nèi)發(fā)射，形成低阻抗器件，采用多層金屬網(wǎng)引導(dǎo)電子束傳輸，形成分離振蕩腔，能較大提高微波輸出效率?；谶@種發(fā)現(xiàn)，完成了本實用新型。
[0004]本實用新型的一個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。
[0005]為了實現(xiàn)根據(jù)本實用新型的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種強(qiáng)流電子束徑向向內(nèi)發(fā)射無磁場高功率微波器件，包括:
[0006]陽極，其為具有容納腔的圓柱體;所述容納腔的內(nèi)部設(shè)置金屬網(wǎng)支撐區(qū)；
[0007]陰極，其設(shè)置在所述容納腔內(nèi)并通過絕緣子連接在所述陽極的一個端面上;所述陰極為環(huán)形結(jié)構(gòu);所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上附著平絨以產(chǎn)生徑向向內(nèi)發(fā)射的環(huán)形電子束；
[0008]同軸內(nèi)導(dǎo)體，其通過支撐桿連接在所述容納腔內(nèi)；所述同軸內(nèi)導(dǎo)體的一端位于所述陰極的環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)；且所述同軸內(nèi)導(dǎo)體與所述容納腔形成同軸結(jié)構(gòu);所述同軸內(nèi)導(dǎo)體的另一端連接模式轉(zhuǎn)換器；
[0009]耦合板，其連接在所述同軸內(nèi)導(dǎo)體的端面上并位于所述陰極的環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)；
[0010]第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)，其套設(shè)在所述同軸內(nèi)導(dǎo)體上并與同軸內(nèi)導(dǎo)體形成同軸結(jié)構(gòu)；所述第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)通過金屬網(wǎng)支撐區(qū)與所述陽極連接;所述第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)與所述耦合板連接，并位于所述平絨的下方；
[0011 ]第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)，其位于所述第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)內(nèi)并與第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)形成間隔空腔;所述第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)通過金屬網(wǎng)支撐區(qū)與所述陽極連接；
[0012]第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)，其位于所述第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)內(nèi)并與第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)形成間隔空腔;所述第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)通過金屬網(wǎng)支撐區(qū)與所述陽極連接；
[0013]第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)，其位于所述第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)內(nèi)并與第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)和同軸內(nèi)導(dǎo)體形成間隔空腔;所述第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)分別與所述耦合板、同軸內(nèi)導(dǎo)體連接；
[0014]其中，所述第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)、第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)、第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)和第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)為具有相同圓心不同半徑的金屬柵網(wǎng)；且四個環(huán)形金屬柵網(wǎng)與耦合板、同軸內(nèi)導(dǎo)體組成諧振腔。
[0015]優(yōu)選的是，所述絕緣子為增強(qiáng)尼龍絕緣子，其由增強(qiáng)尼龍制備而成。
[0016]優(yōu)選的是，還包括:微波輻射天線，其連接在所述陽極的另一個端面上。
[0017]優(yōu)選的是，所述微波輻射天線為圓錐喇叭天線，所述圓錐喇叭天線的天線窗由聚四氟乙烯制備而成。
[0018]優(yōu)選的是，所述陽極為無磁不銹鋼陽極，其由無磁不銹鋼制備而成，所述金屬網(wǎng)支撐區(qū)的上部采用凹陷結(jié)構(gòu)。
[0019]優(yōu)選的是，所述同軸內(nèi)導(dǎo)體為無磁不銹鋼同軸內(nèi)導(dǎo)體，其由無磁不銹鋼制備而成。
[0020]優(yōu)選的是，所述第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)、第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)、第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)和第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)均為厚度為0.1cm的無磁不銹鋼環(huán)形金屬柵網(wǎng)，其由無磁不銹鋼制備而成。
[0021]優(yōu)選的是，所述第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)與第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)的間隔空間的距離為1.8cm;所述第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)與第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)的間隔空間的距離為1.8cm;所述第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)與第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)的間隔空間的距離大于1.8cm。
[0022]優(yōu)選的是，所述第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)和第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)的一端均與所述陽極連接，另一端均懸空在所述容納腔內(nèi)并與所述耦合板間隔lcm。
[0023]優(yōu)選的是，所述支撐桿有兩根，兩根支撐桿間隔四分之一傳輸微波波長;所述支撐桿為無磁不銹鋼支撐桿，其由無磁不銹鋼制備而成。
[0024]本實用新型至少包括以下有益效果:
[0025](I)本實用新型針對分離腔振蕩器這一弱點，將電子束發(fā)射方式由軸向改為徑向，進(jìn)而得到了一種無引導(dǎo)磁場緊湊型高功率微波器件。這種器件利用金屬網(wǎng)來分隔腔體，由于電子束徑向發(fā)射，因此電子束的截面較大，能在電流密度較低的情況下傳輸更高的束流強(qiáng)度;同時徑向結(jié)構(gòu)使空間電荷效應(yīng)較小，空間極限電流大，即該器件允許有較大的束電流輸入，而不致產(chǎn)生虛陰極效應(yīng)。這些特點使得該器件比分離腔振蕩器更高效率和更高功率的微波輸出；
[0026](2)利用環(huán)形強(qiáng)流電子束徑向向內(nèi)發(fā)射，形成低阻抗器件，采用多層金屬網(wǎng)引導(dǎo)電子束傳輸，形成分離振蕩腔，能較大提高微波輸出效率;計算表明其微波輸出頻率主要與振蕩腔結(jié)構(gòu)有關(guān)，適應(yīng)范圍較寬，并且其輸出采用同軸結(jié)構(gòu)，微波模式較單一，利于微波提取及輻射；
[0027](3)采用電子束向內(nèi)發(fā)射，使器件整體結(jié)構(gòu)緊湊，并且使微波提取和模式轉(zhuǎn)換比較容易實現(xiàn)。微波輸出頻率主要與諧振腔結(jié)構(gòu)有關(guān)，為使器件整體結(jié)構(gòu)緊湊，可以通過同時調(diào)整諧振腔徑向及軸向尺寸，實現(xiàn)一定頻率的輸出。對徑向分離腔進(jìn)行開放腔高頻結(jié)構(gòu)分析，計算表明腔內(nèi)只存在角向均勻的TM模式;對進(jìn)行束波互作用電磁場分析表明第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)和第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)形成的間隔空腔與第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)和第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)形成的間隔空腔內(nèi)的場強(qiáng)分布是逐步過渡的，使電子束可以與微波場進(jìn)行較多的能量交換，這是器件輸出效率較高的主要原因。
[0028]本實用新型的其它優(yōu)點、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本實用新型的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解?！靖綀D說明】:
[0029]圖1為本實用新型強(qiáng)流電子束徑向向內(nèi)發(fā)射無磁場高功率微波器件的正面剖視圖。
【具體實施方式】
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[0030]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
[0031]應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。
[0032]圖1示出了本實用新型所述一種強(qiáng)流電子束徑向向內(nèi)發(fā)射無磁場高功率微波器件，包括:
[0033]陽極3，其為具有容納腔13的圓柱體;所述容納腔的內(nèi)部設(shè)置金屬網(wǎng)支撐區(qū)15;
[0034]陰極2，其設(shè)置在所述容納腔13內(nèi)并通過絕緣子I連接在所述陽極3的一個端面上；所述陰極2為環(huán)形結(jié)構(gòu);所述陰極2為無磁不銹鋼陰極;所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上附著平絨4以產(chǎn)生徑向向內(nèi)發(fā)射的環(huán)形電子束;所述絕緣子I的作用是對器件的陰極及陽極進(jìn)行電絕緣，并與其密封連接固定，形成真空腔；
[0035]同軸內(nèi)導(dǎo)體9，其通過支撐桿10連接在所述容納腔13內(nèi)；所述同軸內(nèi)導(dǎo)體9的一端位于所述陰極2的環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)；且所述同軸內(nèi)導(dǎo)體9與所述容納腔13形成同軸結(jié)構(gòu);所述同軸內(nèi)導(dǎo)體9的另一端連接模式轉(zhuǎn)換器11;
[0036]耦合板14，其連接在所述同軸內(nèi)導(dǎo)體9的端面上并位于所述陰極2的環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)；
[0037]第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)5，其套設(shè)在所述同軸內(nèi)導(dǎo)體9上并與同軸內(nèi)導(dǎo)體9形成同軸結(jié)構(gòu);所述第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)5通過金屬網(wǎng)支撐區(qū)15與所述陽極3連接，所述第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)5與所述耦合板14連接，并位于所述平絨4的下方；
[0038]第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)6，其位于所述第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)5內(nèi)并與第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)5形成間隔空腔;所述第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)6通過金屬網(wǎng)支撐區(qū)15與所述陽極3連接；
[0039]第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)7，其位于所述第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)6內(nèi)并與第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)6形成間隔空腔;所述第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)7通過金屬網(wǎng)支撐區(qū)15與所述陽極3連接；
[0040]第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)8，其位于所述第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)7內(nèi)并與第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)7和同軸內(nèi)導(dǎo)體9形成間隔空腔;所述第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)8分別與所述耦合板14、同軸內(nèi)導(dǎo)體9連接;所述同軸內(nèi)導(dǎo)體9位于第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)8內(nèi)的部分的直徑小于其他部分的直徑，SP電子吸收負(fù)載區(qū)16，且其與第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)8構(gòu)成電子收集區(qū)，其主要作用是采用金屬柵網(wǎng)將剩余電子引入吸收，電子吸收負(fù)載區(qū)的存在是為了防止進(jìn)入電子收集區(qū)的電子徑直穿過金屬柵網(wǎng)重新進(jìn)入反方向微波同軸提