CN108807115A - 一种末端全反射高功率微波器件 - Google Patents

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    • H—ELECTRICITY
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    • H01J23/28—Interdigital slow-wave structures; Adjustment therefor

Abstract

本发明公开了一种末端全反射高功率微波器件，包括高功率微波器件、设置在器件内的束波互作用区、在束波互作用区中传输的环形强流电子束、内波导、在内波导中传输的高功率微波，束波互作用区为同轴慢波结构，所述环形强流电子束传输末端为封闭结构，高功率微波经末端封闭结构反射，通过内波导一端的微波注入口耦合入内波导，本发明采用上述结构的末端全反射高功率微波器件，能够提高束波转换效率。

Description

一种末端全反射高功率微波器件
技术领域
本发明属于高功率微波器件技术领域，具体涉及一种末端全反射高功率微波器件。
背景技术
高功率微波(HPM)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。高功率微波技术和微波器件的研究与发展已有30多年的历史，近几年来，随着脉冲功率技术和等离子体物理的不断发展，高功率微波技术发展迅速，尤其是在高功率微波源的研制方面取得了极大的进展。到目前为止，其功率水平相比普通微波源已提高了几个量级，在多个科学领域得到广泛的应用，从而也使高功率微波成为一门新技术，它借助于现代强相对论电子束技术的巨大功率和能量储备能力正向着更短波长和超高功率的方向发展。
在高功率微波器件发展过程中，束波转换效率的提高是研究人员不断追求的目标，并针对不同的高功率微波器件提出了各种解决方案。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种末端全反射、提高束波转换效率的高功率微波器件。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种末端全反射高功率微波器件，包括高功率微波器件、设置在器件内的束波互作用区、在束波互作用区中传输的环形强流电子束、内波导、在内波导中传输的高功率微波，其特征在于所述环形强流电子束传输末端为封闭结构，高功率微波经末端封闭结构反射，通过内波导一端的微波注入口耦合入内波导。
在上述技术方案中，所述器件的束波互作用区为同轴慢波结构，同轴慢波结构为矩形结构，所述同轴慢波结构的周期长度为4mm，同轴慢波结构的周期深度为4mm。
在上述技术方案中，所述同轴慢波结构包括外慢波结构、与外慢波结构同轴的内慢波结构。
在上述技术方案中，所述外慢波结构和内慢波结构之间的周期结构相互交错分布，构成叉指排列。
在上述技术方案中，所述外慢波结构和内慢波结构之间形成传输通道，环形强流电子束在传输通道中进行传输，所述外慢波结构和内慢波结构的同一端连接，在环形强流电子束的传输末端形成全封闭结构。
在上述技术方案中，所述内慢波结构和外慢波结构均包括两段慢波结构，且两段慢波结构之间的距离为20mm，其中一段慢波结构具有4个慢波结构周期，另一段慢波结构具有6个慢波结构周期。
在上述技术方案中，所述高功率微波的频率为30GHz。
在上述技术方案中，所述内波导为圆波导，所述微波注入口为喇叭状结构，微波注入口与圆波导之间平滑过渡连接。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
本发明的末端全反射高功率微波器件，对器件进行结构参数优化设计，实现了一种30GHz末端全反射相对论返波振荡器，能够提高束波转换效率。
附图说明
图1是本发明的末端全反射高功率微波器件平面剖视结构示意图。
其中：1、环形强流电子束，2、内慢波结构，3、外慢波结构，4、高功率微波。
具体实施方式
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所示的一种末端全反射高功率微波器件，针对频率为30GHz的高功率微波，包括高功率微波器件，在该器件内设置有束波互作用区和内波导，环形强流电子束在束波互作用区中传输，并且传输末端为全封闭结构，高功率微波经末端封闭结构反射后，通过波导一端的微波注入口耦合入内波导。
器件的束波互作用区为同轴慢波结构，同轴慢波结构的外形为矩形结构。同轴慢波结构包括外慢波结构和内慢波结构，内慢波结构和外慢波结构之间同轴，并且内慢波结构和外慢波结构之间形成传输通道，环形强流电子束在传输通道中进行轴向传输。外慢波结构和内慢波结构的一端为电子束注入口，外慢波结构和内慢波结构的另一端连接，在环形强流电子束的传输末端形成全封闭结构。
外慢波结构和内慢波结构均包括两段慢波结构，两段慢波结构之间的距离为20mm，其中一段慢波结构具有4个慢波结构周期，即慢波结构的数量为4个，另一段慢波结构具有6个慢波结构周期，即慢波结构的数量为4个，同轴慢波结构的周期长度为4mm，即每段慢波结构中的每个慢波结构之间相距4mm，同轴慢波结构的周期深度为4mm。外慢波结构和内慢波结构之间的相对应的周期结构相互想错分布，构成叉指排列（即构成叉指排列的束波互作用区）。
微波传输内波导为圆波导，微波注入口为喇叭状结构，微波传输内波导由微波注入口开始直径逐渐减小并且过渡为圆波导，即喇叭结构在高功率微波的传输方向上直径逐渐减小，并且微波注入口与圆波导逐渐平滑过渡连接。
本发明的实施过程为：阴极发射强流电子束，在轴向磁场强度的引导下到达电子束注入口，强流电子束在束波互作用区进行轴向传输，电子束的能够高效率转换为微波能量，高功率微波在器件内的传播路径使高功率微波经提取后经末端封闭结构反射，并且在微波注入口耦合进入内波导，束波转换效率明显提高。
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)

1.一种末端全反射高功率微波器件，包括高功率微波器件、设置在器件内的束波互作用区、在束波互作用区中传输的环形强流电子束、内波导、在内波导中传输的高功率微波，其特征在于所述环形强流电子束传输末端为封闭结构，高功率微波经末端封闭结构反射，通过内波导一端的微波注入口耦合入内波导。
2.根据权利要求1所述的一种末端全反射高功率微波器件，其特征在于所述器件的束波互作用区为同轴慢波结构，同轴慢波结构为矩形结构，所述同轴慢波结构的周期长度为4mm，同轴慢波结构的周期深度为4mm。
3.根据权利要求2所述的一种末端全反射高功率微波器件，其特征在于所述同轴慢波结构包括外慢波结构、与外慢波结构同轴的内慢波结构。
4.根据权利要求3所述的一种末端全反射高功率微波器件，其特征在于所述外慢波结构和内慢波结构之间的周期结构相互交错分布，构成叉指排列。
5.根据权利要求3所述的一种末端全反射高功率微波器件，其特征在于所述外慢波结构和内慢波结构之间形成传输通道，环形强流电子束在传输通道中进行传输，所述外慢波结构和内慢波结构的同一端连接，在环形强流电子束的传输末端形成全封闭结构。
6.根据权利要求3所述的一种末端全反射高功率微波器件，其特征在于所述内慢波结构和外慢波结构均包括两段慢波结构，且两段慢波结构之间的距离为20mm，其中一段慢波结构具有4个慢波结构周期，另一段慢波结构具有6个慢波结构周期。
7.根据权利要求1所述的一种末端全反射高功率微波器件，其特征在于所述高功率微波的频率为30GHz。
8.根据权利要求1所述的一种末端全反射高功率微波器件，其特征在于所述内波导为圆波导，所述微波注入口为喇叭状结构，微波注入口与圆波导之间平滑过渡连接。
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