一種永磁包裝相對(duì)論磁控管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于高功率微波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種永磁包裝相對(duì)論磁控管，本實(shí)用新型可以應(yīng)用于高功率微波技術(shù)領(lǐng)域的微波產(chǎn)生系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]上世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著等離子體技術(shù)、脈沖功率技術(shù)的進(jìn)步以及計(jì)算機(jī)粒子模擬軟件的發(fā)展，高功率微波技術(shù)迅速地發(fā)展起來(lái)，尤其是在高功率微波源的研制方面取得了極大的進(jìn)展，先后出現(xiàn)了很多種不同類型的高功率微波源。其中絕大部分高功率微波源的工作原理都是利用相對(duì)論電子束與微波腔體相互作用產(chǎn)生高功率微波輸出，一般來(lái)說(shuō)需要外加磁場(chǎng)約束電子束傳輸。常見的磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)方式為螺線管磁場(chǎng)，龐大的電源系統(tǒng)極大地增加了整個(gè)系統(tǒng)的體積和重量，而且消耗了大量的能量，降低了高功率微波源的總體能量效率。此外，在重復(fù)脈沖工作的時(shí)候，電磁系統(tǒng)還需要冷卻和保護(hù)裝置，進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，從而極大的限制了它的應(yīng)用范圍。
[0003]相對(duì)于電磁系統(tǒng)，永磁系統(tǒng)具有體積小、重量輕、不消耗能量而且能夠提供穩(wěn)定的磁場(chǎng)等優(yōu)點(diǎn)，故發(fā)展永磁包裝技術(shù)是高功率微波源實(shí)用化的重要手段之一。在永磁包裝高功率微波源中，永磁體規(guī)模決定于勵(lì)磁空間尺寸和磁場(chǎng)強(qiáng)度兩個(gè)因素。因此，為了實(shí)現(xiàn)高功率微波源的永磁包裝，需要盡量減小微波源的尺寸并降低其運(yùn)行磁場(chǎng)。
[0004]相對(duì)論磁控管(RM)是最有效的高功率微波源之一。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行磁場(chǎng)低、具備高功率與重復(fù)脈沖工作的能力，同時(shí)也具備多管鎖相工作合成輸出更大功率的潛能，因而在國(guó)際上受到廣泛重視。目前的研究重點(diǎn)是盡量提高相對(duì)論磁控管的效率，并縮小系統(tǒng)的體積和重量以適應(yīng)多種小型化應(yīng)用需求。圍繞這一需求，各國(guó)學(xué)者進(jìn)行了大量研究，其中透明陰極和衍射輸出結(jié)構(gòu)是相對(duì)論磁控管提高效率方面最廣泛的兩種手段。運(yùn)用粒子模擬軟件，美國(guó)新墨西哥大學(xué)的Mikhail.1.Fuks小組開展了帶透明陰極的衍射輸出相對(duì)論磁控管設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果在2.45GHz頻率上，輸出功率達(dá)到1.4GW，效率達(dá)到70%。稍顯不足的是，在尺寸方面，衍射輸出磁控管漸變輸出口尺寸較大，增大了磁體小型化設(shè)計(jì)的難度。
[0005]相對(duì)論磁控管小型化研究方面另一個(gè)代表性工作是Greenwood和Hoff等人提出的一種全腔提取軸向輸出結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)將磁控管相鄰諧振腔耦合孔以沿中心線對(duì)稱的形式與一個(gè)扇形輸出波導(dǎo)相連，當(dāng)磁控管工作在π模時(shí)，扇形輸出波導(dǎo)中將激勵(lì)起TE11模。與傳統(tǒng)徑向輸出磁控管相比，這種結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱輸出的特點(diǎn)，對(duì)磁控管工作狀態(tài)影響較小。由于輸出微波沿扇形波導(dǎo)軸向傳輸，器件徑向尺寸較小，有利于磁控管的磁體設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)小型化。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的是為了實(shí)現(xiàn)輕小型化高功率微波源設(shè)計(jì)，以滿足多種移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)需求，本實(shí)用新型公開了一種基于全腔提取軸向輸出技術(shù)的永磁包裝相對(duì)論磁控管結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有微波起振速度快、輸出功率高以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊的特點(diǎn)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種永磁包裝相對(duì)論磁控管，所述磁控管為全腔提取軸向輸出結(jié)構(gòu)，由陰極、陽(yáng)極外筒以及軸向提取結(jié)構(gòu)組成；包括若干個(gè)環(huán)狀的永磁鐵，一部分永磁鐵套在陽(yáng)極外筒上，另一部分永磁鐵套在陽(yáng)極外筒內(nèi)的陰極上，永磁鐵與磁控管同軸心設(shè)置。
[0009]在上述技術(shù)方案中，套在陽(yáng)極外筒上的永磁鐵的內(nèi)徑等于陽(yáng)極外筒的外徑，且每一個(gè)永磁鐵的大小形狀一致。
[0010]在上述技術(shù)方案中，套在陽(yáng)極外筒上的永磁鐵的軸向位置為相對(duì)論磁控管的互作用區(qū)域中心。
[0011]在上述技術(shù)方案中，套在陽(yáng)極外筒內(nèi)的陰極上的永磁鐵的外徑等于陽(yáng)極外筒的內(nèi)徑，永磁鐵的內(nèi)徑大于陰極的外徑，且每一個(gè)永磁鐵的大小形狀一致。
[0012]在上述技術(shù)方案中，套在陽(yáng)極外筒內(nèi)的陰極上的永磁鐵軸向位置中心與相對(duì)論磁控管互作用區(qū)域中心重合。
[0013]在上述技術(shù)方案中，套在陽(yáng)極外筒上的永磁鐵與套在陰極上的永磁鐵的數(shù)量一致，且陽(yáng)極外筒內(nèi)外的永磁鐵位置--對(duì)應(yīng)。
[0014]在上述技術(shù)方案中，陽(yáng)極外筒內(nèi)外的永磁鐵在垂直于磁控管軸線方向上部分重置。
[0015]在上述技術(shù)方案中，所述磁控管的陰極為三根金屬桿組成的透明陰極，陽(yáng)極帶有六個(gè)諧振腔，提取結(jié)構(gòu)采用六個(gè)徑向耦合孔與三個(gè)扇形波導(dǎo)相結(jié)合，三個(gè)扇形波導(dǎo)沿角向均勻分布在六個(gè)諧振腔的外部，六個(gè)耦合孔分別位于六個(gè)諧振腔與其相鄰的扇形波導(dǎo)的公共壁上。
[0016]本實(shí)用新型的永磁包裝相對(duì)論磁控管的工作原理是:陰陽(yáng)極間加上高壓電脈沖后形成的徑向電場(chǎng)，與外部和內(nèi)嵌的永磁磁鐵所形成的軸向磁場(chǎng)正交，由陰極發(fā)射的電子在該正交電磁場(chǎng)作用下沿角向漂移，形成電子輪輻；當(dāng)電子輪輻在互作用空間的旋轉(zhuǎn)與高頻場(chǎng)的相速同步時(shí)，電子與高頻場(chǎng)間發(fā)生換能，產(chǎn)生高功率微波；高功率微波通過(guò)諧振腔和扇形波導(dǎo)公共壁上的耦合孔，分別由相鄰的兩諧振腔體以沿中心線對(duì)稱的兩孔耦合的形式進(jìn)入一個(gè)扇形波導(dǎo)，由于相鄰的諧振腔中微波相位相差180°，故通過(guò)合理設(shè)計(jì)耦合孔的位置及形狀大小，相鄰的兩個(gè)諧振腔中的微波經(jīng)由各自的壁上的耦合孔，將在扇形波導(dǎo)中激勵(lì)起類TElO模，此時(shí)微波由扇形波導(dǎo)傳輸出去。三個(gè)扇形波導(dǎo)通過(guò)同軸波導(dǎo)進(jìn)一步合成，最后經(jīng)末端圓錐過(guò)渡，由圓波導(dǎo)端口最后輸出。
[0017]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型的永磁磁鐵采用內(nèi)嵌和外部加載相結(jié)合的辦法，增大了永磁體均勻區(qū)尺寸，部分永磁磁鐵嵌于磁控管內(nèi)部，充分利用了磁控管的內(nèi)部空間，使得整個(gè)永磁包裝結(jié)構(gòu)較為緊湊。該永磁包裝結(jié)構(gòu)能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的為相對(duì)論磁控管提供所需均勻磁場(chǎng)，使其工作產(chǎn)生吉瓦級(jí)的高功率微波輸出。該種永磁包裝相對(duì)論磁控管能很好地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)緊湊或重復(fù)頻率運(yùn)行的高功率微波系統(tǒng)之中。
【附圖說(shuō)明】
[0018]本實(shí)用新型將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中:
[0019]圖1是本實(shí)用新型的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是圖1中內(nèi)嵌永磁磁鐵一和外部永磁磁鐵二結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是圖1中相對(duì)論磁控管示意圖；
[0022]圖4是圖3中磁控管的截面示意圖；
[0023]圖5是圖1中永磁磁鐵的磁場(chǎng)分布圖；
[0024]圖6是永磁包裝相對(duì)論磁控管輸出結(jié)果圖；
[0025]圖中，1.內(nèi)嵌永磁磁鐵I1.外部永磁磁鐵II1.相對(duì)論磁控管。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本實(shí)用新型的永磁包裝相對(duì)論磁控管，由外部永磁磁鐵、內(nèi)嵌永磁磁鐵和相對(duì)論磁控管組成。其中外部永磁磁鐵和內(nèi)