一種21GHz同軸相對(duì)論返波振蕩器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及高功率微波器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種21GHz同軸相對(duì)論返波振蕩器。
【背景技術(shù)】
[0002]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(lái)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(chǎng)，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(chǎng)、高效率、高功率的微波源，一直是人們追求的目標(biāo)之一。
[0003]相對(duì)論返波管振蕩器產(chǎn)生的高功率微波來(lái)源于環(huán)行電子束與慢波結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)波相互作用形成的相干輻射。慢波結(jié)構(gòu)是相對(duì)論返波管振蕩器的核心結(jié)構(gòu)，它一般為一段波紋圓波導(dǎo)，其結(jié)構(gòu)參數(shù)一般包括平均半徑、波紋深度、軸向周期和總長(zhǎng)度。一般依據(jù)線性理論的分析結(jié)果來(lái)確定慢波結(jié)構(gòu)的參數(shù)，然后借助數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)等手段對(duì)慢波結(jié)構(gòu)各參數(shù)進(jìn)行細(xì)致的調(diào)整。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題和/或缺陷，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本實(shí)用新型的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種21GHz同軸相對(duì)論返波振蕩器，包括:
[0006]陽(yáng)極，其為包含有諧振反射腔、漂移腔及慢波結(jié)構(gòu)區(qū)的圓柱波導(dǎo)腔；
[0007]陰極，其設(shè)置在所述圓柱波導(dǎo)腔內(nèi)并通過(guò)絕緣子連接在所述陽(yáng)極的一個(gè)端面上；
[0008]電子束引導(dǎo)柵網(wǎng)，其設(shè)置在所述圓柱波導(dǎo)腔內(nèi)并位于所述陰極的電子發(fā)射端的下游；
[0009]同軸內(nèi)導(dǎo)體，其為圓柱體結(jié)構(gòu);所述同軸內(nèi)導(dǎo)體的一端設(shè)置在所述圓柱波導(dǎo)腔內(nèi)，另一端通過(guò)金屬支架連接在所述陽(yáng)極的另一個(gè)端面上;且所述同軸內(nèi)導(dǎo)體與所述陰極、所述圓柱波導(dǎo)腔形成同軸結(jié)構(gòu)；
[0010]其中，所述圓柱波導(dǎo)腔的內(nèi)直徑為24mm，所述圓柱波導(dǎo)腔的內(nèi)壁上設(shè)置距離陰極37mm的第一環(huán)形凹槽，第一環(huán)形凹槽的深度為6mm，長(zhǎng)度為12_，所述第一環(huán)形凹槽與其相對(duì)應(yīng)的圓柱波導(dǎo)腔構(gòu)成諧振反射腔，即所述諧振反射腔的直徑為36mm、長(zhǎng)度為12mm;所述圓柱波導(dǎo)腔內(nèi)距離陰極49-70mm之間為漂移腔，所述漂移腔的直徑為24mm、長(zhǎng)度為21mm;所述圓柱波導(dǎo)腔內(nèi)距離陰極70-126_之間為慢波結(jié)構(gòu)區(qū)，所述慢波結(jié)構(gòu)區(qū)的結(jié)構(gòu)為在所述圓柱波導(dǎo)腔的內(nèi)壁上開(kāi)設(shè)間隔為2mm第二環(huán)形凹槽，所述第二環(huán)形凹槽有14個(gè);所述第二環(huán)形凹槽的深度為2mm，高度為2mm，即所述慢波結(jié)構(gòu)區(qū)的內(nèi)直徑為24mm，外直徑為28mm;所述同軸內(nèi)導(dǎo)體的直徑為12mm，且其位于所述圓柱波導(dǎo)腔內(nèi)的一端距離陰極發(fā)射端面為60mm。
[0011]其中，所述21GHz同軸相對(duì)論返波振蕩器在引導(dǎo)磁場(chǎng)0.5T，所述陰極、陽(yáng)極間電壓8001^，電子束束流強(qiáng)度51^下，可產(chǎn)生頻率為216取，功率為300麗的高功率微波。
[0012]優(yōu)選的是，所述電子束引導(dǎo)柵網(wǎng)為金屬柵網(wǎng)，其直徑為24mm，厚度為1mm，電子透過(guò)率大于90%。
[0013]優(yōu)選的是，所述陰極為石墨陰極，其由石墨制備而成。
[0014]優(yōu)選的是，所述陽(yáng)極為無(wú)磁不銹鋼陽(yáng)極，其由無(wú)磁不銹鋼制備而成。
[0015]優(yōu)選的是，所述同軸內(nèi)導(dǎo)體為無(wú)磁不銹鋼同軸內(nèi)導(dǎo)體，其由無(wú)磁不銹鋼制備而成。
[0016]優(yōu)選的是，所述陰極發(fā)射產(chǎn)生內(nèi)外直徑分別為18mm，20mm的環(huán)形空心電子束。
[0017]本實(shí)用新型至少包括以下有益效果:本實(shí)用新型同軸相對(duì)論返波振蕩器采用電子束透過(guò)率大于90%的金屬柵網(wǎng)引導(dǎo)電子束進(jìn)入束波互作用區(qū)，束波互作用區(qū)由諧振反射腔、漂移腔及均勻慢波結(jié)構(gòu)區(qū)構(gòu)成返波管振蕩器。由于金屬柵網(wǎng)的引導(dǎo)，使得器件需要的引導(dǎo)磁場(chǎng)降低至0.5T。慢波結(jié)構(gòu)前的諧振腔對(duì)工作模式的電磁波具有較高的反射系數(shù)而對(duì)其它模式的電磁波反射系數(shù)較低，提高了工作模式的Q值，同時(shí)諧振腔內(nèi)建立的微波場(chǎng)能對(duì)電子束流進(jìn)行預(yù)調(diào)制，降低工作模式的起振電流，這樣就可以實(shí)現(xiàn)器件的模式選擇，實(shí)現(xiàn)雜模抑制；另一方面為了進(jìn)一步增大器件的Q值，使器件易于起振，減小引導(dǎo)磁場(chǎng)的影響。同樣為提高微波輸出效率，在器件內(nèi)部增加同軸內(nèi)導(dǎo)體，增強(qiáng)束波互作用，提高微波輸出功率。
[0018]本實(shí)用新型的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本實(shí)用新型的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說(shuō)明】
:
[0019]圖1為本實(shí)用新型所述21GHz同軸相對(duì)論返波振蕩器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型所述21GHz同軸相對(duì)論返波振蕩器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的尺寸示意圖。
【具體實(shí)施方式】
:
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0022]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(yǔ)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。
[0023]圖1和圖2是示出了本實(shí)用新型所述的21GHz同軸相對(duì)論返波振蕩器，包括:陽(yáng)極2，其為包含有諧振反射腔4、漂移腔5及慢波結(jié)構(gòu)區(qū)6的圓柱波導(dǎo)腔8;圓柱波導(dǎo)腔8為圓柱腔體;陰極I，其設(shè)置在所述圓柱波導(dǎo)腔8內(nèi)并通過(guò)絕緣子連接在所述陽(yáng)極2的一個(gè)端面上；
[0024]電子束引導(dǎo)柵網(wǎng)3，其設(shè)置在所述圓柱波導(dǎo)腔8內(nèi)并位于所述陰極I的電子發(fā)射端的下游；
[0025]同軸內(nèi)導(dǎo)體7，其為圓柱體結(jié)構(gòu);所述同軸內(nèi)導(dǎo)體7的一端設(shè)置在所述圓柱波導(dǎo)腔8內(nèi)，另一端通過(guò)金屬支架連接在所述陽(yáng)極2的另一個(gè)端面上;且所述同軸內(nèi)導(dǎo)體7與所述陰極1、所述圓柱波導(dǎo)腔8形成同軸結(jié)構(gòu)；
[0026]其中，所述圓柱波導(dǎo)腔8的內(nèi)直徑為24mm，所述圓柱波導(dǎo)腔的內(nèi)壁上設(shè)置距離陰極37mm的第一環(huán)形凹槽，第一環(huán)形凹槽的深度為6mm，長(zhǎng)度為12_，所述第一環(huán)形凹槽與其相對(duì)應(yīng)的圓柱波導(dǎo)腔構(gòu)成諧振反射腔4，即所述諧振反射腔的直徑為36mm、長(zhǎng)度為12mm;所述圓柱波導(dǎo)腔8內(nèi)距離陰極49-70mm之間為漂移腔5，所述漂移腔5的直徑為24mm、長(zhǎng)度為21mm;所述圓柱波導(dǎo)腔8內(nèi)距離陰極70-126mm之間為慢波結(jié)構(gòu)區(qū)6，所述慢波結(jié)構(gòu)區(qū)6的結(jié)構(gòu)為在所述圓柱波導(dǎo)腔8的內(nèi)壁上開(kāi)設(shè)間隔為2mm第二環(huán)形凹槽，所述第二環(huán)形凹槽有14個(gè);所述第二環(huán)形凹槽的深度為2mm，高度為2mm，即所述慢波結(jié)構(gòu)區(qū)8的內(nèi)直徑為24mm，外直徑為28mm;所述同軸內(nèi)導(dǎo)體7的直徑為12mm，且其位于所述圓柱波導(dǎo)腔8內(nèi)的一端距離陰極發(fā)射端面為60mm;
[0027]用真空獲得裝置將21GHz同軸相對(duì)論返波振蕩器內(nèi)真空度處理到毫帕量級(jí)，在陰陽(yáng)極之間施加高電壓800kV，陰極I發(fā)射產(chǎn)生內(nèi)外直徑分別為18mm，20mm，束流強(qiáng)度為5kA的環(huán)形空心電子束。強(qiáng)流電子束在電子束引導(dǎo)柵網(wǎng)3及0.5T軸向磁場(chǎng)引導(dǎo)下傳輸進(jìn)入束波互作用區(qū)，束波互作用區(qū)由諧振反射腔4、漂移腔5及均勻慢波結(jié)構(gòu)區(qū)6構(gòu)成，強(qiáng)流電子束經(jīng)諧振腔反射及預(yù)調(diào)制，通過(guò)漂移腔，在加載同軸內(nèi)導(dǎo)體的慢波結(jié)構(gòu)區(qū)完成束波互作用，電子束將能量轉(zhuǎn)交給微波場(chǎng)，產(chǎn)生頻率為21GHz，功率為300MW的高功率微波。
[0028]在上述技術(shù)方案中，所述電子束引導(dǎo)柵網(wǎng)為金屬柵網(wǎng)，其直徑為24mm，厚度為1mm，電子透過(guò)率大于90%。
[0029]在上述技術(shù)方案中，所述陰極為石墨陰極，其由石墨制備而成。
[0030]在上述技術(shù)方案中，所述陽(yáng)極為無(wú)磁不銹鋼陽(yáng)極，其由無(wú)磁不銹鋼制備而成。
[0031]在上述技術(shù)方案中，所述同軸內(nèi)導(dǎo)體為無(wú)磁不銹鋼同軸內(nèi)導(dǎo)體，其由無(wú)磁不銹鋼制備而成。
[0032]在上述技術(shù)方案中，所述陰極發(fā)射產(chǎn)生內(nèi)外直徑分別為18mm，20mm的環(huán)形空心電子束。
[0033]盡管本實(shí)用新型的實(shí)施方案已公開(kāi)如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書(shū)和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本實(shí)用新型的領(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，本實(shí)用新型并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種2 IGHz同軸相對(duì)論返波振蕩器，其特征在于，包括: 陽(yáng)極，其為包含有諧振反射腔、漂移腔及慢波結(jié)構(gòu)區(qū)的圓柱波導(dǎo)腔； 陰極，其設(shè)置在所述圓柱波導(dǎo)腔內(nèi)并通過(guò)絕緣子連接在所述陽(yáng)極的一個(gè)端面上； 電子束引導(dǎo)柵網(wǎng)，其設(shè)置在所述圓柱波導(dǎo)腔內(nèi)并位于所述陰極的電子發(fā)射端的下游； 同軸內(nèi)導(dǎo)體，其為圓柱體結(jié)構(gòu);所述同軸內(nèi)導(dǎo)體的一端設(shè)置在所述圓柱波導(dǎo)腔內(nèi)，另一端通過(guò)金屬支架連接在所述陽(yáng)極的另一個(gè)端面上;且所述同軸內(nèi)導(dǎo)體與所述陰極、所述圓柱波導(dǎo)腔形成同軸結(jié)構(gòu)； 其中，所述圓柱波導(dǎo)腔的內(nèi)直徑為24mm，所述圓柱波導(dǎo)腔的內(nèi)壁上設(shè)置距離陰極37mm的第一環(huán)形凹槽，第一環(huán)形凹槽的深度為6mm，長(zhǎng)度為12mm，所述第一環(huán)形凹槽與其相對(duì)應(yīng)的圓柱波導(dǎo)腔構(gòu)成諧振反射腔，即所述諧振反射腔的直徑為36mm、長(zhǎng)度為12mm;所述圓柱波導(dǎo)腔內(nèi)距離陰極49-70mm之間為漂移腔，所述漂移腔的直徑為24mm、長(zhǎng)度為21mm;所述圓柱波導(dǎo)腔內(nèi)距離陰極70-126mm之間為慢波結(jié)構(gòu)區(qū)，所述慢波結(jié)構(gòu)區(qū)的結(jié)構(gòu)為在所述圓柱波導(dǎo)腔的內(nèi)壁上開(kāi)設(shè)間隔為2mm第二環(huán)形凹槽，所述第二環(huán)形凹槽有14個(gè);所述第二環(huán)形凹槽的深度為2mm，高度為2mm，即所述慢波結(jié)構(gòu)區(qū)的內(nèi)直徑為24mm，外直徑為28mm ；所述同軸內(nèi)導(dǎo)體的直徑為12mm，且其位于所述圓柱波導(dǎo)腔內(nèi)的一端距離陰極發(fā)射端面為60mm。2.如權(quán)利要求1所述的21GHz同軸相對(duì)論返波振蕩器，其特征在于，所述電子束引導(dǎo)柵網(wǎng)為金屬柵網(wǎng)，其直徑為24_，厚度為1_，電子透過(guò)率大于90%。3.如權(quán)利要求1所述的21GHz同軸相對(duì)論返波振蕩器，其特征在于，所述陰極為石墨陰極，其由石墨制備而成。4.如權(quán)利要求1所述的21GHz同軸相對(duì)論返波振蕩器，其特征在于，所述陽(yáng)極為無(wú)磁不銹鋼陽(yáng)極，其由無(wú)磁不銹鋼制備而成。5.如權(quán)利要求1所述的21GHz同軸相對(duì)論返波振蕩器，其特征在于，所述同軸內(nèi)導(dǎo)體為無(wú)磁不銹鋼同軸內(nèi)導(dǎo)體，其由無(wú)磁不銹鋼制備而成。6.如權(quán)利要求1所述的21GHz同軸相對(duì)論返波振蕩器，其特征在于，所述陰極發(fā)射產(chǎn)生內(nèi)外直徑分別為18mm，20mm的環(huán)形空心電子束。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種21GHz同軸相對(duì)論返波振蕩器，包括：陽(yáng)極，其為包含有慢波結(jié)構(gòu)的圓柱波導(dǎo)腔；陰極，其設(shè)置在所述圓柱波導(dǎo)腔內(nèi)并通過(guò)絕緣子連接在所述陽(yáng)極的一個(gè)端面上；電子束引導(dǎo)柵網(wǎng)，其設(shè)置在所述圓柱波導(dǎo)腔內(nèi)并位于所述陰極的電子發(fā)射端的下游；同軸內(nèi)導(dǎo)體，其為圓柱體結(jié)構(gòu)；所述同軸內(nèi)導(dǎo)體的一端設(shè)置在所述圓柱波導(dǎo)腔內(nèi)，另一端通過(guò)金屬支架連接在所述陽(yáng)極的另一個(gè)端面上；且所述同軸內(nèi)導(dǎo)體與所述陰極、所述圓柱波導(dǎo)腔形成同軸結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型采用電子束透過(guò)率大于90％的電子束引導(dǎo)柵網(wǎng)引導(dǎo)電子束進(jìn)入束波互作用區(qū)，降低了所需的外部磁場(chǎng)強(qiáng)度，使得器件需要的引導(dǎo)磁場(chǎng)降低至0.5T，減小了器件外部龐大的引導(dǎo)磁場(chǎng)系統(tǒng)的尺寸以及對(duì)能源提供的需求。
【IPC分類】H01J25/46, H01J23/09
【公開(kāi)號(hào)】CN205177767
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521052870
【發(fā)明人】張運(yùn)儉, 孟凡寶, 滕雁, 丁恩燕, 曹亦兵, 李正紅, 馬喬生, 吳洋
【申請(qǐng)人】中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所, 西北核技術(shù)研究所
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月16日