CN101325275A

CN101325275A - 用于回旋管的多级复合谐振腔

Info

Publication number: CN101325275A
Application number: CNA2008100446746A
Authority: CN
Inventors: 黄勇; 李宏福
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2008-12-17

Abstract

本发明公开了一种用于回旋管的多级复合谐振腔，其特点是该多级复合谐振腔含有3个或3个以上小谐振腔，小谐振腔之间为突变结构或渐变结构连接。多级复合谐振腔所有小谐振腔中工作波导模式角向指标相同，多级复合谐振腔入口第一个小谐振腔中工作波导模式阶数最低，多级复合谐振腔出口最后一个小谐振腔中工作波导模式阶数最高，多级复合谐振腔所有小谐振腔中工作模式谐振频率相同，形成具有统一谐振频率的模式串。

Description

用于回旋管的多级复合谐振腔

技术领域

本发明涉及一种用于回旋管的多级复合谐振腔，属于高功率毫米波源技术领域。

背景技术

在微波武器、毫米波雷达、通信、精确制导、陶瓷烧结、热核聚变的等离子体加热和高能物理等强烈需求的推动下，高功率相干毫米波源的研究在国际上受到高度重视，并迅速发展成为研究前沿与热点。在等离子体物理学和相对论电子学的发展带动下，人们研制出了能够在此波段有效工作的快波器件——回旋管(1.Twiss R.Q.，Roberts J.A.Electromagnetic radiation from electrons rotating in anionized medium under the action of a uniform magnetic field.Aust.J.Phys.1958，11：424～432.2.Schneider J.Stimulated emission of radiation by relativistic electronsin a magnetic field.Phys.Rev.Lett，1959.2：504-508.3.A.V.Gaponov，“Interaction between irrectilinear electron beams and electromagnetic waves intransmission lines，”Izv.VUZov.Radiofiz.，vol.2，pp.836-837，1959.)。回旋管结构相对简单，在很宽的频率范围，特别是在毫米波和亚毫米及太赫兹波段能以多种方式产生脉冲峰值功率与连续波功率，因而在国际上受到高度重视。为了获得高功率，回旋管一般工作于高次模式，面临模式竞争问题；高频率回旋管面临的一个严重问题是，为了满足回旋谐振条件，基波回旋管需要很强的工作磁场。例如，频率在94GHz的回旋管，为了保证工作模式与电子注回旋基波高效互作用，需要大约3.5特斯拉的直流磁场，谐波工作的回旋管，所要求的磁场强度是基次回旋谐波工作的1/s(s是谐波次数)，但是，伴随着谐波次数的增加，模式竞争问题越来越严重；同时要想得到较高的注——波互作用效率也变得更加困难。综上所述，如何抑制竞争模式是提高回旋管稳定性，从而获得高功率高效率的关键，是研究的热点和重点。

1979年Pavel’ev和Tsimring提出的由两个谐振腔构成的复合谐振腔为解决模式竞争和提高效率提供了有效途径(Pavel’ev，V.G.，and Tsimring，Sh.E.，1979，Inventors Certificate No.661664.Byull.Izobret.，17，240.)，复合腔通过突变或渐变结构把两个谐振腔连接起来，使谐振腔中存在工作模式对(两个模式)TE_mn1-TE_mn+j 1，j≥1；通过降低单个腔的Q值而使竞争模式在单个腔中不能起振，工作模式对的Q值没有被降低，互作用只对工作模式有利。如果进一步增大工作电流，存在于单个腔中的寄生模式能够起振，复合腔的稳定性被破坏，功率和效率下降。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种用于回旋管的多级开放谐振腔，是把三个或三个以上的谐振腔(小腔)通过突变或渐变结构连接起来，进一步降低单个谐振腔的Q值，使单一模式不满足起振条件而不能起振，而三个以上模式组成的模式串Q值得到提高，在模式竞争中处于优势地位。

本发明的目的有以下技术措施实现

用于回旋管的多级复合谐振腔，含有3个或3个以上小谐振腔，小谐振腔之间为突变结构或渐变结构连接。

多级复合谐振腔内所有小谐振腔中工作波导模式角向指标相同。

多级复合谐振腔入口第一个小谐振腔中工作波导模式阶数最低。

多级复合谐振腔出口最后一个小谐振腔中工作波导模式阶数最高。

多级复合谐振腔内所有小谐振腔中工作模式谐振频率相同，形成具有统一谐振频率的模式串。

本发明具有如下优点：

1.单个小谐振腔Q值很低，寄生模式不能起振。回旋管的稳定性好。

2.由3个以上小谐振腔组成的多级复合腔中存在的工作模式串Q值没被降低，能够起振，在模式竞争中处与优势地位。

3.由3个以上模式组成的模式串只有一个，不可能出现寄生模式串。

4.前面小腔中场较弱，起预群聚电子的作用，最后一腔场较强，有利于和电子注高效互作用，能够获得高效率和高功率。

附图说明

图1为突变结构多级复合谐振腔的结构示意图。

1电子注通道，2第一谐振腔，3第二谐振腔，4第三谐振，5输出渐变波导，6输出均匀波导。

图2为渐变结构多级复合谐振腔的结构示意图。

1电子注通道，2第一谐振腔，3第二谐振腔，4第三谐振腔，5输出渐变波导，6输出均匀波导。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。

实施例：

如图1，2所示，多级复合谐振腔由电子注通道1，第一谐振腔2，第二谐振腔3，第三谐振腔4，输出渐变波导5和输出均匀波导6多段构成，电子注通道1与第一谐振腔2连接，第一谐振腔2与第二谐振腔3连接，第二谐振腔3与第三谐振腔4连接，第三谐振腔4与输出渐变波导5连接，输出渐变波导5与输出均匀波导6连接。所有小谐振腔中工作波导模式角向指标相同，入口第一个小谐振腔中工作波导模式阶数最低，出口最后一个小谐振腔中工作波导模式阶数最高，所有小谐振腔中工作模式谐振频率相同，形成具有统一谐振频率的模式串。

具体实施方式为，根据回旋管的性能要求选取工作模式串，针对单个腔选取合适的长度，以使单一模式不满足起振条件而不能起振；通过调整小谐振腔半径来调整工作模式的谐振频率，工作模式串的每个模式必须谐振频率相同；把单个谐振腔连接成多级复合腔，调整高频结构，使每个模式有理想的场分布，形成需要的工作模式串。

三个小腔通过突变结构连接构成多级复合谐振腔，第一腔半径为3.63mm，长度为9.8mm，工作模式为TE₀₂；第二腔半径为5.26mm，长度为9.9mm，工作模式为TE₀₃；第三腔半径为6.81mm，长度为24mm，工作模式为TE₀₄。三个模式的角向指标同为0，第一腔中工作模式阶数最低，第三腔中工作模式阶数最高，形成三个模式的工作模式串为TE₀₂-TE₀₃-TE₀₄，经计算，模式串的谐振频率为94GHz。

Claims

1.用于回旋管的多级复合谐振腔，其特征在于该多级复合谐振腔含有3个或3个以上小谐振腔，小谐振腔之间为突变结构或渐变结构连接。

2.如权利要求1所述用于回旋管的多级复合谐振腔，其特征在于该多级复合谐振腔内所有小谐振腔中工作波导模式角向指标相同。

3.如权利要求1所述用于回旋管的多级复合谐振腔，其特征在于该多级复合谐振腔内入口第一个小谐振腔中工作波导模式阶数最低。

4.如权利要求1所述用于回旋管的多级复合谐振腔，其特征在于该多级复合谐振腔内出口最后一个小谐振腔中工作波导模式阶数最高。

5.如权利要求1所述用于回旋管的多级复合谐振腔，其特征在于该多级复合谐振腔内所有小谐振腔中工作模式谐振频率相同，形成具有统一谐振频率的模式串。