CN109524283A - 一种双波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件，该方案包括有圆波导外筒、同轴内导体和阴极；圆波导外筒套设在同轴内导体外部；阴极设置在同轴内导体前端发射环形电子束；圆波导外筒上沿电子束传输方向依次设置有L波段器件和S波段器件；阴极发出的环形电子束在一次脉冲内经过L波段器件和S波段器件后能够同时辐射产生L，S波段的高功率微波。本发明大幅度降低了高功率微波源系统体积、重量，并可大幅度降低磁场对电源的能量需求。

Description

一种双波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件
技术领域
本发明涉及的是高功率微波器件技术领域，尤其是一种双波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件。
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。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。
轴向O型高功率微波器件由于结构带来的电子束易引导及结构的多变组合，使得其一种应用比较广泛的高功率微波器件。目前轴向O型高功率微波器件辐射产生一般需要较长的慢波结构，来达到电子束与微波相速的同步。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。如果器件轴向尺寸尽量缩短，则可以数倍降低磁体系统体积、重量，并可大幅度降低磁场对电源的能量需求。因此，如何设计出紧凑型高功率微波源，一直是人们追求的目标之一。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种双波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件的技术方案，该方案采用强流环形电子束依次穿越内径相同、由同一传输圆波导连接的两个四谐振腔器件，一个脉冲内的电子束可同时辐射产生L，S波段的高功率微波，是一种可行的高功率微波源紧凑型设计结构。
本方案是通过如下技术措施来实现的：
一种双波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件，包括有圆波导外筒、同轴内导体和阴极；圆波导外筒套设在同轴内导体外部；阴极设置在同轴内导体前端发射环形电子束；圆波导外筒上沿电子束传输方向依次设置有L波段器件和S波段器件；阴极发出的环形电子束在一次脉冲内经过L波段器件和S波段器件后能够同时辐射产生L，S波段的高功率微波。
作为本方案的优选：L波段器件沿电子束传输方向上依次设置有微波反射腔、束波互作用腔、第一微波提取腔、第二微波提取腔。
作为本方案的优选：S波段器件沿电子束传输方向上依次设置有第一微波反射腔、第二微波反射腔、束波互作用区、微波提取腔。
作为本方案的优选：L波段器件的束波互作用区轴向长度为15.0cm，为辐射微波波长的0.78倍。
作为本方案的优选：S波段器件的束波互作用区轴向长度为15.0cm，为辐射微波波长的1.22倍。
作为本方案的优选：L波段器件和S波段器件的内径相同。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中采用强流环形电子束依次穿越内径相同、由同一传输圆波导连接的两个四谐振腔器件，一个脉冲内的电子束可同时辐射产生L，S波段的高功率微波。其中L波段器件由微波反射腔，束波互作用腔及微波双提取腔等四个谐振腔组成，L波段器件束波互作用区轴向长度仅为15.0cm，为辐射微波波长的0.78倍；S波段器件由双微波反射腔，束波互作用腔及微波提取腔等四个谐振腔组成，S波段器件束波互作用区轴向长度仅为15.0cm，为辐射微波波长的1.22倍；两波段器件之间的传输圆波导轴向长度为4.28cm；器件互作用区轴向长度为34.28cm。在0.5T的低引导磁场下，电压为450kV，电流为6.0kA的环形电子束一个电压脉冲内在器件辐射产生频率为1.56GHz和2.45GHz的双波段高功率微波。该发明大幅度降低高功率微波源系统体积、重量，并可大幅度降低磁场对电源的能量需求，是一种可行的高功率微波源紧凑型设计方案。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为L波段器件的结构示意图。
图3为S波段器件的结构示意图。
图中，1为阴极，2为环形电子束，3为微波反射腔，4为束波互作用腔，5为第一微波提取腔，6为第二微波提取腔，7为同轴内导体，8为第一微波反射腔，9为第二微波反射腔，10为束波互作用腔，11为微波提取腔，12为L波段器件，13为S波段器件，14为圆波导外筒。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1-3所示，本方案包括有圆波导外筒、同轴内导体和阴极；圆波导外筒套设在同轴内导体外部；阴极设置在同轴内导体前端发射环形电子束；圆波导外筒上沿电子束传输方向依次设置有L波段器件和S波段器件；阴极发出的环形电子束在一次脉冲内经过L波段器件和S波段器件后能够同时辐射产生L，S波段的高功率微波。L波段器件沿电子束传输方向上依次设置有微波反射腔、束波互作用腔、第一微波提取腔、第二微波提取腔。S波段器件沿电子束传输方向上依次设置有第一微波反射腔、第二微波反射腔、束波互作用区、微波提取腔。L波段器件和S波段器件的内径相同。
具体实施例：
用真空获得装置将双波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件内真空度处理到毫帕量级。阴阳极之间施加高电压450kV，阴极发射产生内外直径分别为3.0cm，3.5cm，束流强度为6.0kA的环形空心电子束。强流电子束在0.5T轴向磁场引导下传输进入束波互作用区，电子束将能量转交给微波场，一个电压脉冲内可产生频率为1.56GHz，2.45GHz，功率分别为500MW的高功率微波。
L波段器件的具体选取参数为：
微波反射腔，其内外半径分别为3.8cm、8.5cm，轴向长度为2.0cm；
束波互作用腔，其内外半径分别为3.8cm、6.5cm，轴向长度为3.0cm；
第一微波提取腔，其内外半径分别为3.8cm、8.5cm，轴向长度为3.0cm；
第二微波提取腔，其内外半径分别为3.8cm、8.8cm，轴向长度为2.0cm；
同轴内导体，半径为2.5cm；微波反射腔与束波互作用腔轴向距离为1.0cm；束波互作用腔与第一微波提取腔轴向距离为3.0cm；第一微波提取腔轴与第二微波提取腔轴向距离为1.0cm。
S波段器件的具体参数选择：
第一微波反射腔，其内外半径分别为3.8cm、7.5cm，轴向长度为2.0cm；
第二微波反射腔，其内外半径分别为3.8cm、7.5cm，轴向长度为2.0cm；
束波互作用腔，其内外半径分别为3.8cm、7.0cm，轴向长度为2.5cm；
微波提取腔，其内外半径分别为3.8cm、7.5cm，轴向长度为2.0cm；
同轴内导体，半径为2.5cm；器件第一微波反射腔与第二微波反射腔束波互作用腔轴向距离为1.0cm；第二微波反射腔与束波互作用腔轴向距离为1.5cm；束波互作用腔与微波提取腔轴向距离为4.0cm。
本发明大幅度降低了高功率微波源系统体积、重量，并可大幅度降低磁场对电源的能量需求。
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 (6)

1.一种双波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件，其特征是：包括有圆波导外筒、同轴内导体和阴极；所述圆波导外筒套设在同轴内导体外部；所述阴极设置在同轴内导体前端发射环形电子束；所述圆波导外筒上沿电子束传输方向依次设置有L波段器件和S波段器件；所述阴极发出的环形电子束在一次脉冲内经过L波段器件和S波段器件后能够同时辐射产生L，S波段的高功率微波。
2.根据权利要求1所述的一种双波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件，其特征是：所述L波段器件沿电子束传输方向上依次设置有微波反射腔、束波互作用腔、第一微波提取腔、第二微波提取腔。
3.根据权利要求1所述的一种双波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件，其特征是：所述S波段器件沿电子束传输方向上依次设置有第一微波反射腔、第二微波反射腔、束波互作用区、微波提取腔。
4. 根据权利要求2所述的一种双波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件，其特征是：L波段器件的所述束波互作用区轴向长度为15.0cm，为辐射微波波长的0.78倍。
5.根据权利要求3所述的一种双波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件，其特征是：S波段器件的所述束波互作用区轴向长度为15.0cm，为辐射微波波长的1.22倍。
6.根据权利要求1所述的一种双波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件，其特征是：所述L波段器件和S波段器件的内径相同。
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