CN105869972A - 一种大跨波段双频可控相对论返波振荡器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种大跨波段双频可控相对论返波振荡器,包括：绝缘端、与绝缘端连接的L波段相对论返波振荡器，所述绝缘端内设置有阴极，所述阴极为双直径电子束发阴极，所述L波段相对论返波振荡器的腔体内设置有Ku波段相对论返波振荡器，L波段相对论返波振荡器与Ku波段相对论返波振荡器通过支撑圆环固定为一体，所述L波段相对论返波振荡器、Ku波段相对论返波振荡器、阴极设置在同一水平轴线上；本发明利用同轴相对论返波振荡器的结构特点研究，将低频器件中同轴内导体作为高频段器件，利用可控双直径电子束使相对论返波振荡器可根据需要依次产生L，Ku波段单频高功率微波，或同时产生L，Ku波段双频高功率微波。

Description

一种大跨波段双频可控相对论返波振荡器
技术领域
本发明专利涉及高功率微波器件技术领域，具体涉及一种大跨波段双频可控相对论返波振荡器。
背景技术
近年来，高功率微波源在追求高功率、高效率以及实现长脉冲和高重频运行的同时，也呈现出了其他的一些发展特点，如追求单个微波源器件产生具有多个频率的微波。该类型的器件能够实现单一振荡器的多频输出，是对单频振荡器的拓展研究和集成创新应用，具有一定的学术价值和潜在的应用前景。相对论返波振荡器具有高功率、高效率、适合重频运行的工作特点，是目前最有潜力的高功率微波产生器件之一，在高功率微波产生器件中占有重要的地位，多频相对论返波振荡器的研究有利于进一步拓展其应用，具有重要的现实意义。
由于高功率微波的应用潜力，特别是作为复杂电磁环境构建，使得高功率微波技术在现代电子信息方面的作用更为诱人。最近的研究表明，如果用两个或多个频率的高功率微波束攻击电子系统，所需要的破坏阀值会降低，采用这种技术会使功率微波技术更快地趋于实用。然而，国内外报道的产生双频高功率微波方法其实质均为用两套单独的单频微波源，这种方法存在一些不足：首先两套或多套独立运行的微波源同步输出将存在一定困难；其次，两套或多套独立运行的微波源的空间辐射方向图较为复杂，不利于高功率微波的实际应用；另外，两套独立运行的微波源还会增加研究成本。因此，研究一种能可控输出不同单频或同时输出两个频率的微波源将具有重要的学术价值和应用价值，这也是高功率微波技术研究的又一个新的研究方向，将为高功率微波效应研究提供很好的基础。
目前各种通信及探测用微波频段主要集中在L~Ku波段。简单从频率来判断某种高功率微波器件结构尺寸，1GHz的高功率微波器件结构尺寸大概是14.25GHz的高功率微波器件的10倍以上。如果能在同一器件内实现L波段及Ku波段的高功率微波，则其他频段的高功率微波基本都可以在一个器件内辐射产生。。
发明内容
本发明的目的是利用同轴相对论返波振荡器的结构特点研究，将低频器件中同轴内导体作为高频段器件，利用可控双直径电子束使相对论返波振荡器可根据需要依次产生L，Ku波段单频高功率微波，或同时产生L，Ku波段双频高功率微波。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大跨波段双频可控高功率微波的产生。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种大跨波段双频可控相对论返波振荡器,包括：绝缘端、与绝缘端连接的L波段相对论返波振荡器，
所述绝缘端内设置有阴极，所述阴极为双直径电子束发阴极，所述L波段相对论返波振荡器的腔体内设置有Ku波段相对论返波振荡器，L波段相对论返波振荡器与Ku波段相对论返波振荡器通过支撑圆环固定为一体，所述L波段相对论返波振荡器、Ku波段相对论返波振荡器、阴极设置在同一水平轴线上，所述L波段相对论返波振荡器的末端设置有双波段辐射天线介质窗，Ku波段相对论返波振荡器末端设置有辐射端，所述双波段辐射天线介质窗、绝缘端、阴极、L波段、Ku波段相对论返波振荡器构成真空腔。
在上述技术方案中，所述Ku波段相对论返波振荡器与L波段相对论返波振荡器通过支撑圆环处于等电位状态。
在上述技术方案中，所述支撑圆环设置有两个，两个支撑圆环的间距为四分之一L波段波长。
在上述技术方案中，所述Ku波段相对论返波振荡器的辐射端外部尺寸结构为模式转换器，内部尺寸结构为Ku波段器件辐射喇叭天线。
在上述技术方案中，所述模式转换器为L波段TEM模式至TM01模式的模式转换器。
在上述技术方案中，所述双波段辐射天线介质窗的厚度为Ku波段与L波段的最小发射系数。
在上述技术方案中，所述双直径电子束发阴极其中一个阴极对应Ku波段相对论返波振荡器内的腔体，另一个阴极对应到Ku波段相对论返波振荡器与L波段相对论返波振荡器之间的空隙。
在上述技术方案中，所述双直径电子束发阴极中的两个阴极均为环形阴极管，所述环形阴极管发射的电子束为环形电子束。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明利用同轴相对论返波振荡器的结构特点研究，将低频器件中同轴内导体作为高频段器件，利用可控双直径电子束使相对论返波振荡器可根据需要依次产生L，Ku波段单频高功率微波，或同时产生L，Ku波段双频高功率微波。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大跨波段双频可控高功率微波的产生。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明的正面剖视图；
图2为本发明的阴极结构示意图；
其中：1是绝缘端，2是阴极，3是L波段相对论返波振荡器，4是Ku波段相对论返波振荡器，5是为在L波段相对论返波振荡器内传输的环形电子束，6为在Ku波段相对论返波振荡器内传输的环形电子束，7是支撑圆环，8是辐射末端，9是辐射天线介质窗。
具体实施方式
如图1所示，本发明利用同轴相对论返波振荡器的结构特点研究，将低频器件中同轴内导体作为高频段器件，利用可控双直径电子束使相对论返波振荡器可根据需要依次产生L，Ku波段单频高功率微波，或同时产生L，Ku波段双频高功率微波。可控双发射直径阴极由同轴的内、外环形阴极组成，并与带有真反螺纹的螺杆连接。通过螺杆的可控转动，实现双发射直径的可控单内、外直径电子束发射，或双直径电子束同时发射。
大跨波段双频可控相对论返波振荡器中L波段器件中采用前置反射腔、后置功率提取腔及电子束与前向波相互作用的设计方法，在保证束波转换效率前提下，减少了慢波结构周期，大幅度减小器件轴向尺寸；Ku波段器件采用前置电子束预调制设计方法，充分利用L波段器件轴向空间，极大提高束波转换效率。
在Ku波段器件末端，通过两个间隔四分之一L波段波长的支撑圆环与L波段器件连接。使得两个波段的器件处于等电位状态。作为同轴内导体的Ku波段器件辐射末端，其外部尺寸结构为L波段TEM模式至TM01模式的模式转换器，其内部尺寸结构为Ku波段器件辐射喇叭天线。
在大跨波段双频可控相对论返波振荡器中L波段辐射天线介质窗（材料一般为聚四氟乙烯），同时作为Ku波段辐射天线介质窗。根据计算得到的两个波段微波各自所需的介质窗厚度与自然数的关系曲线，最终确定介质窗的最佳厚度。此时，介质窗对两个波段微波的反射都达到最小。
如图2所示，本发明采用的阴极在另案专利中进行单独申请，具体方案见（申请号：2015108093969）。
结合图1及图2中大跨波段双频可控相对论返波振荡器中强流电子束阴极发射直径可调装置正视图， 两个不同直径的发射阴极通过正反螺纹与位于阴极中轴线位置的同样带有对应正反螺纹的螺杆连接。通过阴极后端的旋柄顺时针转动螺杆，大直径的发射阴极缩之爆炸发射阴极内部，不再发射电子；直径较小的发射阴极从阴极内部探出，当小直径的发射阴极到达设计阴阳极间距时，产生电子束发射，环形电子束在Ku波段相对论返波振荡器内传输，此时器件辐射产生Ku波段高功率微波。通过阴极后端的旋柄逆时针转动螺杆，大直径的发射阴极从阴极内部探出，当大直径的发射阴极到达设计阴阳极间距时，产生电子束发射，环形电子束在L波段相对论返波振荡器内传输，此时器件辐射产生L波段高功率微波。小直径的发射阴极缩之爆炸发射阴极内部，不再发射电子。或者两个阴极同时发射产生电子束，同时产生Ku波段高功率微波和L波段高功率微波。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种大跨波段双频可控相对论返波振荡器,其特征在于包括：绝缘端、与绝缘端连接的L波段相对论返波振荡器，所述绝缘端内设置有阴极，所述阴极为双直径电子束发阴极，
所述L波段相对论返波振荡器的腔体内设置有Ku波段相对论返波振荡器，L波段相对论返波振荡器与Ku波段相对论返波振荡器通过支撑圆环固定为一体，
所述L波段相对论返波振荡器、Ku波段相对论返波振荡器、阴极设置在同一水平轴线上，所述L波段相对论返波振荡器的末端设置有双波段辐射天线介质窗，Ku波段相对论返波振荡器末端设置有辐射端，所述双波段辐射天线介质窗、绝缘端、阴极、L波段、Ku波段相对论返波振荡器构成真空腔。
2.根据权利要求1所述的一种大跨波段双频可控相对论返波振荡器,其特征在于所述Ku波段相对论返波振荡器与L波段相对论返波振荡器通过支撑圆环处于等电位状态。
3.根据权利要求2所述的一种大跨波段双频可控相对论返波振荡器,其特征在于所述支撑圆环设置有两个，两个支撑圆环的间距为四分之一L波段波长。
4.根据权利要求1所述的一种大跨波段双频可控相对论返波振荡器,其特征在于所述Ku波段相对论返波振荡器的辐射端外部尺寸结构为模式转换器，内部尺寸结构为Ku波段器件辐射喇叭天线。
5.根据权利要求4所述的一种大跨波段双频可控相对论返波振荡器,其特征在于所述模式转换器为L波段TEM模式至TM01模式的模式转换器。
6.根据权利要求1所述的一种大跨波段双频可控相对论返波振荡器,其特征在于所述双波段辐射天线介质窗的厚度为Ku波段与L波段的最小发射系数。
7.根据权利要求1所述的一种大跨波段双频可控相对论返波振荡器,其特征在于所述双直径电子束发阴极其中一个阴极对应Ku波段相对论返波振荡器内的腔体，另一个阴极对应到Ku波段相对论返波振荡器与L波段相对论返波振荡器之间的空隙。
8.根据权利要求7所述的一种大跨波段双频可控相对论返波振荡器,其特征在于所述双直径电子束发阴极中的两个阴极均为环形阴极管，所述环形阴极管发射的电子束为环形电子束。
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