CN109616394A - 一种s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S波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件，该方案包括有同轴波导外筒、同轴内导体、阴极；同轴波导外筒套在同轴内导体外部；阴极设置在同轴内导体的前端；同轴波导外筒内壁上设置有S波段谐振腔结构；阴极产生的环形电子束经过S波段谐振腔结构后能够激励产生高功率微波。该方案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。

Description

一种S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S波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件。
背景技术
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。
本发明采用一种轴向紧凑型的慢波结构产生S波段高功率微波，慢波结构仅由四个谐振腔组成，分别为微波反射腔，束波互作用腔及微波双提取腔，器件互作用区轴向长度仅为15.0cm，为辐射微波波长的1.22倍。通过调整各谐振腔结构尺寸及轴向距离，使得器件在0.5T的低引导磁场下，电压为450kV，电流为6.0kA的环形电子束在器件辐射产生频率为2.45GHz的高功率微波。
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S波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件，该方案采用在同轴波导外筒上设置谐振腔结构，能够使环形电子束在穿过谐振腔使激励产生高功率微波，并且谐振腔结构的特殊设计能够使得整个互作用区轴向长度仅为15.0cm，为辐射微波波长的1.22倍，且引导磁场仅为0.5T。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。
本方案是通过如下技术措施来实现的：
一种S波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件，包括有同轴波导外筒、同轴内导体、阴极；同轴波导外筒套在同轴内导体外部；阴极设置在同轴内导体的前端；同轴波导外筒内壁上设置有S波段谐振腔结构；阴极产生的环形电子束经过S波段谐振腔结构后能够激励产生高功率微波。
作为本方案的优选：S波段谐振腔结构包括有沿环形电子束传输方向依次设置的第一微波反射腔、第二微波反射腔、束波互作用腔和微波提取腔。
作为本方案的优选：第一微波反射腔内外半径分别为3.8cm、7.5cm，轴向长度为2.0cm；第二微波反射腔内外半径分别为3.8cm、7.5cm，轴向长度为2.0cm；束波互作用腔内外半径分别为3.8cm、7.0cm，轴向长度为2.5cm；微波提取腔内外半径分别为3.8cm、7.5cm，轴向长度为2.0cm。
作为本方案的优选：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四腔同轴内导体慢波结构，设计S波段高功率微波慢波结构由双微波反射腔，束波互作用腔及微波提取腔组成，通过优化设计各腔体结构及间距，使得器件整个互作用区轴向长度仅为15.0cm，为辐射微波波长的1.22倍，且引导磁场仅为0.5T。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。
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。
图中，1为阴极，2为环形电子束，3为第一微波反射腔，4为第二微波反射腔，5为束波互作用腔，6为微波提取腔，7为同轴内导体，8为同轴波导外筒。
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。
如图所示，1为阴极，材料为石墨，其作用是在阴阳极强电压下产生强流环形电子束；2为环形电子束，本发明专利中选择强流电子束参数为电压450kV，电流6.0kA；3为第一微波反射腔，其内外半径分别为3.8cm、7.5cm，轴向长度为2.0cm；4为第二微波反射腔，其内外半径分别为3.8cm、7.5cm，轴向长度为2.0cm；5为束波互作用腔，其内外半径分别为3.8cm、7.0cm，轴向长度为2.5cm；6为微波提取腔，其内外半径分别为3.8cm、7.5cm，轴向长度为2.0cm；7为同轴内导体，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。
用真空获得装置将S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，产生频率为2.45GHz，功率为500MW的高功率微波。
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 (4)

1.一种S波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件，其特征是：包括有同轴波导外筒、同轴内导体、阴极；所述同轴波导外筒套在同轴内导体外部；所述阴极设置在同轴内导体的前端；所述同轴波导外筒内壁上设置有S波段谐振腔结构；所述阴极产生的环形电子束经过S波段谐振腔结构后能够激励产生高功率微波。
2.根据权利要求1所述的一种S波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件，其特征是：所述S波段谐振腔结构包括有沿环形电子束传输方向依次设置的第一微波反射腔、第二微波反射腔、束波互作用腔和微波提取腔。
3.根据权利要求2所述的一种S波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件，其特征是：所述第一微波反射腔内外半径分别为3.8cm、7.5cm，轴向长度为2.0cm；第二微波反射腔内外半径分别为3.8cm、7.5cm，轴向长度为2.0cm；束波互作用腔内外半径分别为3.8cm、7.0cm，轴向长度为2.5cm；微波提取腔内外半径分别为3.8cm、7.5cm，轴向长度为2.0cm。
4.根据权利要求2所述的一种S波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件，其特征是：所述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。
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