CN105845531B - 一种输出渐变放大高功率微波的慢波结构微波振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输出渐变放大高功率微波的慢波结构微波振荡器，所述微波振荡器的慢波结构呈锥形分布；所述微波振荡器包括：引导磁体，其具有圆柱体空腔；所述引导磁体内依次同轴设置有阴极、慢波结构和同轴内导体。本发明的高功率微波器件中慢波结构渐变放大呈锥形分布，通过引导磁场轴向及径向分布引导电子束由阴极进入慢波结构渐变放大高功率微波振荡器互作用腔，强流电子束在引导磁场的约束下紧贴慢波结构表面传输，微波输出腔内的同轴内导体，增强束波互作用，提高微波输出效率，并可以用它来调节输出窗的大小，以便保证微波输出结构的紧凑，适当调整同轴内导体尺寸结构，可实现在较低磁场引导下，较高效率的微波输出。
Description
技术领域
本发明涉及高功率微波器件技术领域，具体涉及一种输出渐变放大高功率微波的慢波结构微波振荡器。
背景技术
高功率微波器件器件研究逐步向高功率、高效率的方向发展。随着高功率微波研究发展，对高功率微波源的系统总效率提出了越来越高的要求。在现有高功率微波源中，高阻抗器件的束波转换效率较高，但一般需要较强的引导磁场，特别是当微波源运行在重复频率状态时，需要一个体积庞大的、高耗能的螺线管磁体系统或使用麻烦的超导磁体系统；而低阻抗器件需要输出功率较高的脉冲功率源，器件束波转换效率受到限制。因此，如何设计出较低引导磁场、高效率、高功率的微波源，一直是人们追求的目标之一。
高功率微波振荡器中振荡器慢波结构渐变放大呈锥形分布，采用同轴轴向输出高功率微波，利用引导磁场径向强度分布引导环形强流电子束直径呈锥形放大传输，并与渐变放大呈锥形分布的慢波结构产生的电磁场发生束波互作用，在微波输出端采用同轴输出结构，增强束波互作用，提高微波输出效率，并可以用它来调节输出窗的大小，以便保证微波输出结构的紧凑。
慢波结构渐变放大高功率微波振荡器中强流电子束通过磁场约束紧靠慢波结构叶片轴向飞行的空心电子束,可以与叶片径向排列的慢波结构充分地发生相互作用，器件束波转换效率高，高功率微波比较容易起振。内径逐渐增大的锥形慢波结构可以使微波充分地放大，较大的轴向群速度决定了微波的轴向输出要比径向输出容易得多。
慢波结构渐变放大高功率微波振荡器中通过引导磁场轴向及径向的组合分布，使电子束可以实现环形束半径呈锥形方法传输。并且微波输出端采用同轴输出结构，适当调整同轴内导体尺寸结构，可实现在较低磁场引导下，较高效率的微波输出。
本发明利用慢波结构渐变放大呈锥形分布，通过引导磁场轴向及径向分布引导电子束由阴极进入慢波结构渐变放大高功率微波振荡器互作用腔，强流电子束在引导磁场的约束下紧贴慢波结构表面传输。微波输出腔内的同轴内导体，增强束波互作用，提高微波输出效率，并可以用它来调节输出窗的大小，以便保证微波输出结构的紧凑。本发明中的低频及高频器件可根据实际频率需求进行相应的设计，结构灵活多变，在高功率微波器件中可以很好的实现低此磁场高效率的高功率微波产生。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种输出渐变放大高功率微波的慢波结构微波振荡器，所述微波振荡器的慢波结构呈锥形分布。
优选的是，所述微波振荡器内依次同轴设置有阴极、慢波结构和同轴内导体；所述微波振荡器的外部设置有引导磁体。
优选的是，所述慢波结构有多个，其由从阴极发射端开始依次分布的多个间隔设置的慢波结构环形叶片组成；每个慢波结构的周期长度为第一常量，慢波结构的腔深为第二常量；其中，慢波结构的半径成等差数列增加以实现慢波结构呈锥形分布。
优选的是，所述慢波结构的前四个慢波结构的半径为第三常量，从第五个慢波结构开始，慢波结构的半径成等差数列增加以实现慢波结构呈锥形分布。
优选的是，所述慢波结构有12个；所述第一常量为10mm；所述第二常量为5mm；所述第三常量为30mm；所述等差数列的公差为3mm。
优选的是，所述同轴内导体的直径为60mm，与阴极发射端面的距离为110mm。
优选的是，所述阴极为石墨阴极，在阴阳极电压800kV驱动下场致发射石墨阴极产生环形强流电子束，环形强流电子束的内外半径分别为2.5cm和2.8cm。
优选的是，所述引导磁体产生0.5T的轴向引导磁场。
本发明至少包括以下有益效果：高功率微波器件中慢波结构渐变放大呈锥形分布，通过引导磁场轴向及径向分布引导电子束由阴极进入慢波结构渐变放大高功率微波振荡器互作用腔，强流电子束在引导磁场的约束下紧贴慢波结构表面传输，微波输出腔内的同轴内导体，增强束波互作用，提高微波输出效率，并可以用它来调节输出窗的大小，以便保证微波输出结构的紧凑，适当调整同轴内导体尺寸结构，可实现在较低磁场引导下，较高效率的微波输出。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本发明一个实施例所述输出渐变放大高功率微波的慢波结构微波振荡器的正面剖视图；
图2为本发明另一种实施的输出渐变放大高功率微波的慢波结构微波振荡器的正面剖视图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
图1示出了本发明的一种输出渐变放大高功率微波的慢波结构微波振荡器，所述微波振荡器的慢波结构呈锥形分布；所述微波振荡器2依次同轴设置有阴极1、慢波结构和同轴内导体5；所述微波振荡器的外部设置有引导磁体4；所述引导磁体具有圆柱体空腔。
在这种技术方案中，高功率微波振荡器2中振荡器慢波结构渐变放大呈锥形分布，采用同轴轴向输出高功率微波，利用引导磁体产生的径向强度分布的引导磁场引导环形强流电子束直径呈锥形放大传输，并与渐变放大呈锥形分布的慢波结构产生的电磁场发生束波互作用，在微波输出端采用同轴内导体输出结构，增强束波互作用，提高微波输出效率，并可以用它来调节输出窗的大小，以便保证微波输出结构的紧凑；慢波结构渐变放大高功率微波振荡器采用阴极1产生环形空心电子束3从圆柱的一端输入，器件外径可以只有几个厘米，器件体积小，因此器件的频率可以高达十几GHz；慢波结构渐变放大高功率微波振荡器中强流电子束通过磁场约束紧靠慢波结构叶片轴向飞行的空心电子束，可以与叶片径向排列的慢波结构2充分地发生相互作用，器件束波转换效率高，高功率微波比较容易起振。内径逐渐增大的锥形慢波结构可以使微波充分地放大，较大的轴向群速度决定了微波的轴向输出要比径向输出容易得多。慢波结构渐变放大高功率微波振荡器中通过引导磁场轴向及径向的组合分布，使电子束可以实现环形束半径呈锥形方法传输。并且微波输出端采用同轴输出结构，适当调整同轴内导体尺寸结构，可实现在较低磁场引导下，较高效率的微波输出。
在这种技术方案中，如图2所示，所述慢波结构有多个，其由从阴极发射端开始依次分布的多个间隔设置的慢波结构环形叶片组成；每个慢波结构的周期长度为第一常量A，慢波结构的腔深为第二常量B；其中，慢波结构的半径成等差数列增加以实现慢波结构呈锥形分布。
在这种技术方案中，所述慢波结构的前四个慢波结构的半径为第三常量C，从第五个慢波结构开始，慢波结构的半径成等差数列增加以实现慢波结构呈锥形分布。
在另一种实施例中，所述慢波结构有12个；所述第一常量为10mm；所述第二常量为5mm；所述第三常量为30mm；所述等差数列的公差为3mm；即慢波结构周期长度为10mm，慢波结构半径为30mm，慢波结构腔深为5mm；慢波结构的前四个慢波结构的半径为30mm，从第五个慢波结构开始，慢波结构半径逐步增加3mm，即第五个慢波结构的半径为33mm，周期长度及腔深尺寸不变；所述同轴内导体的直径为60mm，与阴极发射端面的距离为110mm；所述阴极为石墨阴极，在阴阳极电压800kV驱动下场致发射石墨阴极产生环形强流电子束，环形强流电子束的内外半径分别为2.5cm和2.8cm；所述引导磁体产生0.5T的轴向引导磁场。在这种技术方案中，假定阴极产生的强流电子束发射处的位置为0，实现电子束沿慢波结构渐变放大表面传输的磁场分布如表1所示。在此0.5T磁场引导下，强流电子束沿呈锥形分布渐变放大慢波结构的表面传输。
表1慢波结构渐变放大高功率微波振荡器引导磁场分布
| 轴向距离(cm) | 0 | 1 | 7 | 8 | 10 | 12 | 15 | 18 |
| 轴向磁场强度(T) | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 径向磁场强度(T) | 0 | 0.0 | 0.0 | 0.125 | 0.15 | 0.15 | 0.2 | 0.2 |
慢波结构渐变放大高功率微波振荡器在此电子束参数，结构参数及表1所述的引导磁场下，可产生频率为10.5GHz的高功率微波。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (3)
1.一种输出渐变放大高功率微波的慢波结构微波振荡器，其特征在于，所述微波振荡器的慢波结构呈锥形分布；所述微波振荡器内依次同轴设置有阴极、慢波结构和同轴内导体；所述微波振荡器的外部设置有引导磁体；所述慢波结构有多个，其由从阴极发射端开始依次分布的多个间隔设置的慢波结构环形叶片组成；每个慢波结构的周期长度为第一常量，慢波结构的腔深为第二常量；其中，慢波结构的半径成等差数列增加以实现慢波结构呈锥形分布；所述慢波结构的前四个慢波结构的半径为第三常量，从第五个慢波结构开始，慢波结构的半径成等差数列增加以实现慢波结构呈锥形分布；所述引导磁体产生0.5T的轴向引导磁场；所述慢波结构有12个；所述第一常量为10mm；所述第二常量为5mm；所述第三常量为30mm；所述等差数列的公差为3mm。
2.如权利要求1所述的输出渐变放大高功率微波的慢波结构微波振荡器，其特征在于，所述同轴内导体的直径为60mm，与阴极发射端面的距离为110mm。
3.如权利要求1所述的输出渐变放大高功率微波的慢波结构微波振荡器，其特征在于，所述阴极为石墨阴极，在阴阳极电压800kV驱动下场致发射石墨阴极产生环形强流电子束，环形强流电子束的内外半径分别为2.5cm和2.8cm。
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