CN110085497B - 一种基于行波管x光通信器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于行波管X光通信器件，属于电真空器件和通信领域，该器件针对空天飞行器在穿越大气层的黑障区过程中，利用行波管信号调制方式调制轰击X光靶的电子注流，从而产生X光信号的调制用于X光通信，以解决黑障区对微波信号的屏蔽作用，为黑障区内的通信提供有效的技术手段，对降低载荷的体积、重量和功耗具有重要的实际应用意义。

Description

一种基于行波管X光通信器件
技术领域
本发明属于电真空器件领域，特别是用于利用行波管工作原理调制X光进行通信的空天飞行器中的通信电子系统。
背景技术
行波管是一种真空电子器件，是雷达系统、通讯系统、电子对抗系统、成像系统等系统的核心器件。行波管具有频率高、功率大、带宽宽、效率高、耐辐射等优秀特点，在卫星、空间飞船、战略导弹等空天飞行器系统中，行波管作为通信信号放大器得到广泛应用。
但是当空天飞行器以很高的速度穿越大气层时，在一定高度区域，高速的飞行器表面与大气层相互作用，形成等离子鞘，由于等离子鞘对通信电磁波的屏蔽效应，使得飞行器与地面的通信联络会中断，形成黑障。这个中断联络的区域就是黑障区，黑障区一般出现在地球上空35到80千米的大气层间。黑障现象给飞行器的实时通信、再入测量造成困难。
采用X光通信，是解决通信的黑障问题的一个有效手段，X光可以穿透高速飞行器与大气层作用所形成的等离子鞘，并且在空间环境中可以远距离传输。因此如果将通信的信息调制到X光中进行传输，经过探测器的探测、解调，就能够克服黑障的影响，实现黑障区的通信。
因此要利用X光通信解决黑障区的通信问题，首先要解决X光的产生和信号的调制问题。通信用的X光一般由真空X射线管产生，就是利用一定强度的电子注，经过高压加速后，轰击到重金属制作而成的靶材料上，产生X光。如果电子注的强度受到调制的话，相应的X光的强度也将受到调制。因此如何产生X光并进行调制是X光通信的核心问题。
发明内容
本发明正是针对现有空天飞行器在黑障区通信存在的问题，提供一种基于行波管X光通信器件，解决黑障区的通信问题。本发明利用传统行波管的工作原理，将行波管收集极制作成产生X光的靶电极，并将行波管慢波结构缩短，使其不进行微波信号的放大，仅利用微波信号对电子注群聚的调制，使经过调制的电子注轰击带X光靶的收集极，产生带有调制的X光用于X光通信。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于行波管X光通信器件，所述通信器件包括产生具有层流性电子注的电子枪，微波信号输入窗，微波信号和电子注相互作用的慢波线结构，在慢波线中约束电子发散的磁聚焦系统，微波信号衰减器，重金属靶和X光的输出窗；所述电子枪设置在慢波线结构的前段，所述慢波线结构的前段设置有输入窗和磁聚焦系统，所述慢波线结构的后段设置有微波信号衰减器、重金属靶和X光的输出窗。
作为本发明的一种改进，所述通信器件还包括电子的多级聚焦极，所述多级聚焦极的后端设置有重金属靶和X光的输出窗。该方案的最后一级设置为电子注轰击的钨、钼等重金属材料制作的重金属靶，并在重金属靶轰击后产生X光的对应出射方向设置铍等材料制作的X光出射窗口。聚焦极上电压的配置可以形成电子透镜，使电子注不发散并保持一定的注型轰击到重金属靶上产生X光。由于经过慢波线结构的电子注是经过微波信号调制的，因此在轰击到重金属靶的电子注带有微波信号的信息，使得重金属靶上产生的X光也将带有调制的微波信号信息，相应的X光经过通信传输后，X光信息经探测器探测解调，实现X光通信的作用。为进一步降低X光通信器件的体积和重量，可以不考虑电子注在轰击重金属靶时的聚焦效果，从而可以不设置聚焦极，直接将重金属靶设置在慢波线结构的出口位置。
作为本发明的一种改进，所述重金属靶的材料设置为钨、钼、铜等重金属材料，形状制作为斜坡型，使电子轰击后产生的X光向X光输出窗方向发射。
作为本发明的一种改进，所述重金属靶，采用液冷或风冷的方式对其进行降温。
作为本发明的一种改进，经过频率或幅度调制的微波信号通过微波信号输入窗进入慢波线结构后，微波信号使进入慢波结构的电子注形成群聚，当电子注离开慢波线时，电子注因受到调制微波信号的作用而带有微波信号的信息，当其轰击重金属靶产生X光并经X光输出窗输出，使产生的X光带有调制的微波信号信息。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：本发明所设计基于行波管的X光通信器件，通过设置产生X光的重金属靶，实现微波信号调制的X光信号产生，实现X光通信中X光的产生，解决空天飞行器在黑障区传统微波通信手段无法通信的问题,本发明利用行波管结构产生调制的X光器件，使X光的高频调制成为可能，为大信息容量X光通信提供了器件基础。
附图说明
图1、图2为实施例1带有聚焦极的X光通信器件示意图；
图3、图4为实施例2不带聚焦极的X光通信器件示意图。
图中：1、电子枪；2、微波信号输入窗；3、慢波线结构；4、磁聚焦系统；5、电子注；6、微波信号；7、重金属靶；8、X射线；9、X光出射窗口；10、聚焦极；11、微波信号衰减器。
具体实施方式
为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式进一步介绍该技术方案。
实施方式1：参见图1、图2，一种基于行波管X光通信器件，它包括：产生具有层流性电子注5的电子枪1、微波信号输入窗2、微波信号衰减器11和电子注相互作用的慢波线结构3、在慢波线中约束电子发散的磁聚焦系统4、电子注的聚焦极10，并在聚焦极10后，设置电子注轰击的钨、钼等重金属材料制作的重金属靶7，在电子注轰击重金属靶后产生X光8的对应出射方向设置铍等材料制作X光的出射窗口9。电子枪中电子注的产生可以是但不局限于由热阴极、冷阴极、光电阴极等产生电子发射的阴极产生，由电子枪实现一定的层流特性。
器件工作时，由于经过慢波线结构的电子注是经过微波信号6调制的，因此被聚焦极聚焦后轰击到重金属靶7的电子注带有微波信号的信息，使得重金属靶上产生的X光也将带有调制的微波信号信息，相应的X光经过通信传输后，X光信息经探测器探测解调，实现X光通信的作用。
实施例2：参见图3、图4，在实施例1的基础上，将慢波线结构出口处电子注的聚焦极10结构省去，进一步降低管子的体积和重量，这个结构包括：产生具有层流性电子注的电子枪1、微波信号输入窗2、微波信号6和电子注5相互作用的慢波线结构3、在慢波线中约束电子发散的磁聚焦系统4、微波信号衰减器11、在慢波线结构的出口端设置电子注轰击的钨、钼等重金属材料制作的重金属靶7，在电子注轰击重金属靶后产生X光8的对应出射方向设置铍等材料制作X光的出射窗口9。电子枪中电子注的产生可以是但不局限于由热阴极、冷阴极、光电阴极等产生电子发射的阴极产生，由电子枪实现一定的层流特性。这种结构相对于实施例2，进一步缩小了管子的体积和重量。
工作原理：参见图1-图4，该方案中，行波管中电子枪发射出的具有层流特性的电子注5进入慢波线结构3，在慢波线结构的前段，微波信号输入窗2输入的微波信号6与电子注发生相互作用，产生与输入微波信号相对应的电子注的群聚效应，群聚的电子注在慢波线的后段与慢波线中传输的微波信号相互作用，群聚的电子注速度变慢并将群聚电子注的能量传递给微波信号，所述多级聚焦极10的后端设置有重金属靶7和X光8的输出窗9。该方案的最后一级设置为电子注轰击的钨、钼等重金属材料制作的重金属靶7，并在重金属靶轰击后产生X光8的对应出射方向设置铍等材料制作的X光出射窗口9。聚焦极10上电压的配置可以形成电子透镜，使电子注不发散并保持一定的注型轰击到重金属靶7上产生X光。由于经过慢波线结构的电子注是经过微波信号调制的，因此在轰击到重金属靶7的电子注带有微波信号的信息，使的重金属靶上产生的X光也将带有调制的微波信号信息，相应的X光经过通信传输后，X光信息经探测器探测解调，实现X光通信的作用。
本发明中所述的电子枪、磁聚焦系统、慢波线结构等部件作为一种微波器件中的一种功能部件发挥作用，不局限于其特定的结构，如电子枪中的阴极可以是热阴极或冷阴极或光电阴极，可以是平面电子枪结构，也可以是皮尔斯会聚电子枪结构。磁聚焦系统可以是固定磁场机构，也可以是螺旋线的磁聚焦系统等。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (1)

1.一种基于行波管X光通信器件，其特征在于，所述通信器件包括产生具有层流性电子注的电子枪，微波信号输入窗，微波信号和电子注相互作用的慢波线结构，在慢波线中约束电子发散的磁聚焦系统，微波信号衰减器，重金属靶和X光的输出窗；所述电子枪设置在慢波线结构的前段，所述慢波线结构的前段设置有输入窗和磁聚焦系统，所述慢波线结构的后段设置有微波信号衰减器、重金属靶和X光的输出窗，所述通信器件还包括电子的多级聚焦极，所述多级聚焦极的后端设置有重金属靶和X光的输出窗，所述重金属靶的材料设置为钨、钼、铜中的一种，形状制作为斜坡型，使电子轰击后产生的X光向X光输出窗方向发射，所述重金属靶，采用液冷或风冷的方式对其进行降温，经过频率或幅度调制的微波信号通过微波信号输入窗进入慢波线结构后，微波信号使进入慢波结构的电子注形成群聚，当电子注离开慢波线时，电子注因受到调制微波信号的作用而带有微波信号的信息，当其轰击重金属靶产生X光并经X光输出窗输出，使产生的X光带有调制的微波信号信息。
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