CN105551917A - 一种Ku波段相对论返波振荡器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种Ku波段相对论返波振荡器，包括外筒和设置在外筒内的若干个带有中心孔的慢波结构，所述慢波结构为矩形结构，每一个慢波结构的周期一致，且每一个慢波结构的中心孔内径不一致。本发明通过在振荡器慢波结构起始及结束部分采用慢波结构径向尺寸阶梯分布，有利于高功率微波的快速起振及提高束波能量转换效率，可以在较低电压下产生高峰值功率微波。

Description

一种Ku波段相对论返波振荡器
技术领域
本发明专利涉及高功率微波器件技术领域，具体涉及一种Ku波段相对论返波振荡器。
背景技术
高功率微波一般是指峰值功率在100MW以上、工作频率为1～300GHz范围内的电磁波。目前高功率微波的产生一般要依靠高能量的相对论电子束的原理，利用慢波结构上的返波与电子注相互作用而产生微波振荡。契伦柯夫器件是高功率微波器件中人们认识得较早、也是研究得较为深入的器件，而相对论返波管又是契伦柯夫器件中的佼佼者。
通常用Pf 2因子衡量高功率微波器件的性能，即微波峰值功率与辐射电磁波频率平方的乘积。该因子的物理意义是从固定尺寸天线发射的微波信号在目标上的功率密度正比于Pf 2。毫米波通常是指波长在1mm～10mm范围内的电磁波，其相应的频率范围为30GHz～300GHz。毫米波的波长介于光波和常规微波之间，具有光波的高探测精度和常规微波的全天候工作性能，因此兼有两者的优点而克服了各自的不足。
尽管毫米波技术有着诱人应用前景，但普通毫米波器件工作在高功率水平时
遇到的主要障碍是功率容量限制。以O型慢波器件为例，为保证有效的束波作用和可控的输出模式，其横向尺寸需小于相应的自由空间波长，即满足所谓单模条件；随着频率的升高与波长的缩短，器件电动力学结构的几何尺寸需相应地减小。因而在毫米波段，器件内部作用空间较小，功率容量受到限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种Ku波段相对论返波振荡器，在引导磁场1T，电子束参数电压220kV，电流1.5kA加载下，可产生波长8毫米，功率为200MW的高功率微波。
为满足上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种Ku波段相对论返波振荡器，包括外筒和设置在外筒内的若干个带有中心孔的慢波结构，所述慢波结构为矩形结构，每一个慢波结构的周期一致，且每一个慢波结构的中心孔内径不一致。
在上述技术方案中，所述振荡器沿着输入端方向向输出方向慢波结构的中心孔直径逐步减小。
在上述技术方案中，所述振荡器沿着输入端方向向输出方向第一个慢波结构、第二个慢波结构、第三个慢波结构的中心孔直径逐步减小。
在上述技术方案中，所述振荡器沿着输出端方向向输入方向第一个慢波结构、第二个慢波结构、第三个慢波结构的中心孔直径逐步减小。
在上述技术方案中，所述振荡器沿着输入端方向向输出方向除开第一、第二和最后两个慢波结构，其他的慢波结构中心孔直径相同。
在上述技术方案中，所述振荡器的具有14个周期为3.3mm、外径波纹深度为7.5mm的慢波结构，所述外径波纹深度为7.5mm的慢波部分轴向长度为1.65mm，从输入端到输出端第一个、第二个、第十三个、第十四个慢波结构的内径为6.6mm、6.4mm、6.8mm、7.2mm，其他慢波结构的内径为6.0mm。
在上述技术方案中，在使用时：
在电压为220KV、电流为1.5KA、轴向磁场强度为1T的磁场引导下施加一束电子束输入到振荡器内，沿着所述振荡器的中心轴线施加一束内径为5.2mm、外径为5.6mm的环形空心电子束，
所述电子束在慢波结构区内完成电子束能量转化为高频微波场输出波长为8mm功率为200MW的微波。
在上述技术方案中，所述振荡器的慢波结构与外筒或一体化设置，或慢波结构与外筒分离设置。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在振荡器慢波结构起始及结束部分采用慢波结构径向尺寸阶梯分布，有利于高功率微波的快速起振及提高束波能量转换效率，可以在较低电压下产生高峰值功率微波。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
其中：A尺寸是7.5mm；B尺寸是6.0mm；C尺寸是6.6mm；D尺寸是6.4mm；E尺寸是6.8mm；F尺寸是7.2mm；G尺寸是3.3mm；H尺寸是1.65mm。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所述，本发明的振荡器主要为两部分，一是外围的外筒，而是内部的慢波结构，本发明的振荡器结构上和现有的相对论返波振荡器一致，而本发明的核心点在于对慢波结构中的内径直径的变化，从而实现将高能电子束转换为微波。
本发明的慢波结构由14个周期一致均为3.3mm的矩形结构叠加组成，每一个慢波结构均带有中心孔，所有慢波结构的外径也就是波纹深度均为7.5mm，但是其慢波结构的内径均不一致。慢波结构的外径7.5mm部分的轴线长度为1.65mm。
为了实现本发明的目的，在振荡器的输入方向到输出方向，第一个慢波结构、第二个慢波结构、第三个慢波结构的中心孔内径成等逐步减小，依次为6.6mm、6.4mm、6.0mm，而从输出方向到输出方向第一个慢波结构、第二个慢波结构、第三个慢波结构的中心孔内径为7.2mm、6.8mm、6.0mm，也就是说整个振荡器除开输入端的前两个慢波结构、输出端的后两个慢波结构，中间的10个慢波结构的中心孔直径均为6.0mm。
在这种结构环境下将振荡器设置在引导磁场1T，电子束参数电压220kV，电流1.5kA加载下发出的电子束沿着振荡器的中心轴线穿过，束流为内外直径分别为5.2mm，5.6mm的环形空心电子束，电子束在慢波结构区内将高能电子转换为波长8毫米，功率为200MW的高功率微波。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种Ku波段相对论返波振荡器，包括外筒和设置在外筒内的若干个带有中心孔的慢波结构，其特征在于所述慢波结构为矩形结构，每一个慢波结构的周期一致，且每一个慢波结构的中心孔内径不一致。
2.根据权利要求1所述的一种Ku波段相对论返波振荡器，其特征在于所述振荡器沿着输入端方向向输出方向慢波结构的中心孔直径逐步减小。
3.根据权利要求2所述的一种Ku波段相对论返波振荡器，其特征在于所述振荡器沿着输入端方向向输出方向第一个慢波结构、第二个慢波结构、第三个慢波结构的中心孔直径逐步减小。
4.根据权利要求2所述的一种Ku波段相对论返波振荡器，其特征在于所述振荡器沿着输出端方向向输入方向第一个慢波结构、第二个慢波结构、第三个慢波结构的中心孔直径逐步减小。
5.根据权利要求3或4所述的一种Ku波段相对论返波振荡器，其特征在于所述振荡器沿着输入端方向向输出方向除开第一、第二和最后两个慢波结构，其他的慢波结构中心孔直径相同。
6.根据权利要求5所述的一种Ku波段相对论返波振荡器，其特征在于所述振荡器的具有14个周期为3.3mm、外径波纹深度为7.5mm的慢波结构，所述外径波纹深度为7.5mm的慢波部分轴向长度为1.65mm，从输入端到输出端第一个、第二个、第十三个、第十四个慢波结构的内径为6.6mm、6.4mm、6.8mm、7.2mm，其他慢波结构的内径为6.0mm。
7.根据权利要求6所述的一种Ku波段相对论返波振荡器，其特征在于在使用时：
在电压为220KV、电流为1.5KA、轴向磁场强度为1T的磁场引导下施加一束电子束输入到振荡器内，沿着所述振荡器的中心轴线施加一束内径为5.2mm、外径为5.6mm的环形空心电子束，所述电子束在慢波结构区内完成电子束能量转化为高频微波场输出波长为8mm功率为200MW的微波。
8.根据权利要求6所述的一种Ku波段相对论返波振荡器，其特征在于所述振荡器的慢波结构与外筒或一体化设置，或慢波结构与外筒分离设置。
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