CN110706990B - 一种波导内填充金属栅格阵列型c波段虚阴极振荡器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波导内填充金属栅格阵列型C波段虚阴极振荡器，包括金属圆波导，金属圆波导内一端设置与其同轴的阴极；金属圆波导内沿电子束传输方向依次设置第一金属栅格及金属栅格阵列，金属栅格阵列由多组金属栅格周期性排布组成；第一金属栅格与金属栅格阵列的间距，比第一金属栅格与阴极的间距略大；第一金属栅格与金属栅格阵列的间距为1.65cm,金属栅格阵列中金属栅格的排列周期为辐射微波波长的1/4至1/2；每组金属栅格均由径向间隔排列的11个金属薄片组成；阴极发射电子束在振荡器内传输，辐射产生波长为7.14cm的C波段高功率微波。采用本发明的一种波导内填充金属栅格阵列型C波段虚阴极振荡器，耐冲击，散热较快，适合电子束重频发射。

Description

一种波导内填充金属栅格阵列型C波段虚阴极振荡器
技术领域
本发明涉及一种波导内填充金属栅格阵列型C波段虚阴极振荡器，属于高功率微波器件技术领域。
背景技术
高功率微波是指频率在1～300GHz范围和峰值功率在100MW以上的电磁波。随着脉冲功率技术和等离子体物理的发展，高功率微波技术也迅速地发展起来，尤其是在高功率微波源的研制方面取得了极大的进展,先后出现了很多种不同类型的高功率微波源。在某些应用领域，需要去掉外磁场系统来缩减体积和重量，从而实现高功率微波器件的小型化，这类器件有虚阴极、磁绝缘线振荡器、分离腔振荡器和超级后加速管。虚阴极振荡器是高功率微波源重要的研究方向之一。虚阴极振荡器具有结构简单、不需外加磁场的优点，并且能产生比较高的功率。在过去的二十多年时间里受到了国际上高度重视和广泛研究。
通常被称为虚阴极振荡器完全不同于普通的微波源，因为它需要一个超过空间电荷限制流的电流。空间电荷限制流是指这样一个电流，当注入电流超过这个电流时，静电势能超过电子束的动能，因此，虚阴极将电子反射回二极管。反射电子在实阴极与虚阴极之间振荡，这称作反射机制。虚阴极是不稳定的，其位置和势值也振荡。虚阴极振荡器是由虚阴极本身的时空振荡以及电子在虚阴极和阴极之间的来回反射两种机制共同产生微波的。一般虚阴极束波转换效率为5％-10％。
普通虚阴极实际应用过程中，阳极一般用金属网来引导阴极发射强流电子束，在这一过程中由于强电流的冲击及瞬态能量升高，阳极网极易发生烧蚀现象。导致虚阴极很难进行重频发射，阳极网的破坏并且影响了微波输出性能指标，使得微波功率输出效率较低。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种波导内填充金属栅格阵列型C波段虚阴极振荡器，本发明耐冲击，散热较快，适合电子束重频发射。
本发明采用的技术方案如下：
一种波导内填充金属栅格阵列型C波段虚阴极振荡器，包括金属圆波导，金属圆波导内一端设置与其同轴的阴极；
所述金属圆波导内沿电子束传输方向依次设置第一金属栅格及金属栅格阵列，所述金属栅格阵列由多组金属栅格周期性排布组成；
所述第一金属栅格与金属栅格阵列的间距，比第一金属栅格与阴极的间距略大；第一金属栅格与金属栅格阵列的间距为1.65cm,金属栅格阵列中金属栅格的排列周期为辐射微波波长的1/4至1/2；
所述第一金属栅格与金属栅格阵列中每组金属栅格均由径向间隔排列的11个金属薄片组成，金属薄片轴向长度为1.0cm，厚度为0.1cm；所述金属圆波导直径为7.8cm；
阴极发射电子束在振荡器内传输，辐射产生波长为7.14cm的C波段高功率微波。
在上述方案中，阴极发射的电子束在第一金属栅格两侧形成虚阴极震荡，金属栅格阵列形成微波谐振腔并快速吸收虚阴极剩余电子；周期性排列的金属栅格阵列形成慢波结构，形成对微波的反射，并作用至虚阴极上，可以增强虚阴极的微波转换效率；金属栅格阵列中金属栅格的排列周期为辐射微波波长的1/4至1/2，这样的尺寸设计可以进一步增强虚阴极的微波转换效率；微波转换效率可达15％-20％。
作为优选，所述阴极的电子束发射端为圆面。
作为优选，所述第一金属栅格和金属栅格阵列中的金属薄片两端均与金属圆波导连接。
作为优选，所述电子束为束流电压320kV，束流强度12kA的圆柱形电子束。
作为优选，所述电子束的束流强度大于金属圆波导内的空间电荷限制流。
作为优选，所述第一金属栅格与金属栅格阵列中每组金属栅格相对应的金属薄片的间隔相同，且对应的金属薄片位于同一平面上。
作为优选，所述金属薄片均与金属圆波导连接。
本发明的一种波导内填充金属栅格阵列型C波段虚阴极振荡器，由金属薄片径向按照一定间隔尺寸排列组成的金属栅格来代替金属网，其结构耐冲击，且由于面积较大，散热较快，非常适合电子束重频发射；并且金属栅格将圆柱形电子束进行分层切割，形成电子束多层分布，分散了电子分布，降低了束流的自磁性，提高了虚阴极的稳定性；周期性排列的金属栅格阵列形成慢波结构，形成对微波的反射，并作用至虚阴极上，并通过适当的结构尺寸，进一步增强了虚阴极的微波转换效率，微波转换效率可达15％-20％。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：结构耐冲击，散热较快，非常适合电子束重频发射；降低了束流的自磁性，提高了虚阴极的稳定性；增强了虚阴极的微波转换效率。
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是波导内填充金属栅格阵列型C波段虚阴极振荡器的轴向剖面结构图；
图2是波导内填充金属栅格阵列型C波段虚阴极振荡器金属栅格径向剖视图。
图中标记：1-金属圆波导、2-阴极、3-第一金属栅格、4-金属栅格阵列、5-金属薄片。
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。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种波导内填充金属栅格阵列型C波段虚阴极振荡器，包括金属圆波导，金属圆波导内一端设置与其同轴的阴极，阴极的电子束发射端为圆面；金属圆波导内沿电子束传输方向依次设置第一金属栅格及金属栅格阵列，金属栅格阵列由多组金属栅格周期性排布组成；
第一金属栅格与金属栅格阵列的间距，比第一金属栅格与阴极的间距略大；第一金属栅格与金属栅格阵列的间距为1.65cm,金属栅格阵列中金属栅格的排列周期为1.79cm；第一金属栅格与金属栅格阵列中每组金属栅格均由径向间隔排列的11个金属薄片组成，金属薄片轴向长度为1.0cm，厚度为0.1cm；金属圆波导直径为7.8cm；
金属栅格阵列中的每一组金属栅格与第一金属栅格中的金属薄片的间隔相同，且对应的金属薄片位于同一平面上；
阴阳极之间施加320kV的电压，阴极发射出束流强度12kA的圆柱形电子束，圆柱形电子束的束流强度大于金属圆波导内的空间电荷限制流，圆柱形电子束在振荡器内传播，辐射产生波长为7.14cm的C波段高功率微波，微波转换效率为19％。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，金属栅格阵列中金属栅格的排列周期为3.57cm，微波转换效率为17％。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，金属栅格阵列中金属栅格的排列周期为2.68cm，微波转换效率为18％。
综上所述，采用本发明的一种波导内填充金属栅格阵列型C波段虚阴极振荡器，结构耐冲击，散热较快，非常适合电子束重频发射；降低了束流的自磁性，提高了虚阴极的稳定性；增强了虚阴极的微波转换效率。
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 (5)

1.一种波导内填充金属栅格阵列型C波段虚阴极振荡器，其特征在于：包括金属圆波导，金属圆波导内一端设置与其同轴的阴极；
所述金属圆波导内沿电子束传输方向依次设置第一金属栅格及金属栅格阵列，所述金属栅格阵列由多组金属栅格周期性排布组成；
所述第一金属栅格与金属栅格阵列的间距，比第一金属栅格与阴极的间距略大；第一金属栅格与金属栅格阵列的间距为1.65cm,金属栅格阵列中金属栅格的排列周期为辐射微波波长的1/4至1/2；
所述第一金属栅格与金属栅格阵列中每组金属栅格均由径向间隔排列的11个金属薄片组成，金属薄片轴向长度为1.0cm，厚度为0.1cm；所述金属圆波导直径为7.8cm；
阴极发射电子束在振荡器内传输，辐射产生波长为7.14cm的C波段高功率微波。
2.如权利要求1所述的波导内填充金属栅格阵列型C波段虚阴极振荡器，其特征在于：所述阴极的电子束发射端为圆面。
3.如权利要求2所述的波导内填充金属栅格阵列型C波段虚阴极振荡器，其特征在于：所述电子束为束流电压320kV，束流强度12kA的圆柱形电子束。
4.如权利要求1所述的波导内填充金属栅格阵列型C波段虚阴极振荡器，其特征在于：所述电子束的束流强度大于金属圆波导内的空间电荷限制流。
5.如权利要求1所述的波导内填充金属栅格阵列型C波段虚阴极振荡器，其特征在于：所述第一金属栅格与金属栅格阵列中每组金属栅格相对应的金属薄片位于同一平面。
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