CN110718428A - 一种4毫米波高功率微波器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种4毫米波高功率微波器件，包括外套筒，外套筒内设置高频结构；高频结构沿电子束传播方向依次包括反射区、束流漂流区、正向束波转换区、相位调制区和反向束波转换区；正向束波转换区和反向束波转换区的剖面曲线为以相位调制区中心线对称分布的正弦曲线，正弦曲线的平均直径为14.0mm，周期为1.6mm；内直径9.4mm，外直径10mm，电压300kV，电流5.0kA的环形电子束在磁场强度0.62T的轴向磁场引导下在高频结构内传输，产生波长为4毫米的高功率微波，束波转换效率达到40％。采用本发明的一种4毫米波高功率微波器件，有效的提高了功率容量及微波峰值功率。

Description

一种4毫米波高功率微波器件
技术领域
本发明涉及一种4毫米波高功率微波器件，属于高功率微波器件技术领域。
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。随着高功率微波技术研究及应用需求，高功率微波源逐步向高频发展，其中波长4毫米的高功率微波是一个重要的研究方向。
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。器件频率的提高急剧减小器件的径向尺寸，从而引起功率容量降低。这种物理机制是高频高功率微波器件所必须解决的关键问题。
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4毫米波高功率微波器件，本发明可产生高频高功率微波,且有效提高了微波产生效率。
本发明采用的技术方案如下：
一种4毫米波高功率微波器件，包括外套筒，外套筒内设置高频结构；
所述高频结构沿电子束传播方向依次包括反射区、束流漂流区、正向束波转换区、相位调制区和反向束波转换区；所述反向束波转换区之后设置微波输出波导；
所述正向束波转换区和反向束波转换区的剖面曲线为以相位调制区中心线对称分布的正弦曲线，正弦曲线的平均直径为14.0mm，周期为1.6mm；
内直径9.4mm，外直径10mm，电压300kV，电流5.0kA的环形电子束在磁场强度0.62T的轴向磁场引导下在高频结构内传输，产生波长为4毫米的高功率微波，束波转换效率达到40％。
在上述方案中，外套筒两端封闭，内部抽真空到毫帕量级，外套筒内一端设置发射环形电子束的阴极。
作为优选，所述反射区包括第一反射腔和第二反射腔，所述第一反射腔和第二反射腔剖面为矩形。
作为优选，所述第一反射腔和第二反射腔之间连接区域剖面为半圆形。
作为优选，所述第一反射腔内直径为12mm，外直径为15mm，轴向长度为2mm；所述第二反射腔内直径为12mm，外直径为18mm,轴向长度为2mm；第一反射腔和第二反射腔间隔为2mm。
上述方案中，反射腔的内直径是指反射腔开口处圆的直径，反射腔的外直径是指反射腔槽底圆的直径。
作为优选，所述束流漂流区为中空圆柱通道，长度为3.6mm，直径为13mm。
作为优选，所述反射区与束流漂流区之间连接区域剖面为半圆形。
作为优选，所述相位调制区设置环形的相位调制腔，其顶端设置环形突出部，所述相位调制区轴向长度为0.8mm,幅度为1.0mm。
作为优选，所述正向束波转换区与反向束波转换区的剖面曲线为正弦渐变分布。
作为优选，所述正向束波转换区的剖面曲线沿电子束传输方向径向幅度线性放大，反向束波转换区的剖面曲线沿电子束传输方向径向幅度线性渐变缩小。
作为优选，所述正向束波转换区和反向束波转换区的剖面曲线幅度斜率为0.125。
作为优选，所述正向束波转换区和反向束波转换区的剖面曲线为5个周期的正弦曲线。
作为优选，所述微波输出波导直径为14mm。
本发明的一种4毫米波高功率微波器件，通过采用慢波结构正弦结构以及辅助结构倒圆处理，有效提高了微波器件的功率容量；并且采用正反束波互作用区的设计，提高了束波转换效率，有效的提高了高频器件的应用范围。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：采用正反方向束波互作用区，以及正弦曲线设计，有效的提高了功率容量及微波峰值功率；与同频段器件相比，其结构尺寸极大简洁，具有小型化，效率高，易装配的优点；能够产生波长4毫米的高功率微波，束波转换效率达到40％。
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4毫米波高功率微波器件剖面结构示意图。
图中标记：1-反射区、2-束流漂流区、3-正向束波转换区、4-相位调制区、5-反向束波转换区、6-微波输出波导、7-环形电子束、8-外套筒、11-第一反射腔、12-第二反射腔、41-相位调制腔、42-环形突出部。
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。
如图1所示，本实施例的一种4毫米波高功率微波器件包括外套筒，外套筒两端封闭，内部抽真空到毫帕量级，外套筒内一端设置发射环形电子束的阴极，外套筒内设置高频结构；
高频结构沿电子束传播方向依次包括反射区、束流漂流区、正向束波转换区、相位调制区和反向束波转换区；所述反向束波转换区之后设置微波输出波导；正向束波转换区和反向束波转换区的剖面曲线为以相位调制区中心线对称分布的正弦曲线。
反射区包括第一反射腔和第二反射腔，所述第一反射腔和第二反射腔剖面为矩形，第一反射腔和第二反射腔之间连接区域剖面为半圆形，第一反射腔内直径为12mm，外直径为15mm，轴向长度为2mm；所述第二反射腔内直径为12mm，外直径为18mm,轴向长度为2mm；第一反射腔和第二反射腔间隔为2mm；束流漂流区为中空圆柱通道，长度为3.6mm，直径为13mm，反射区与束流漂流区之间连接区域剖面为半圆形；相位调制区设置环形的相位调制腔，其顶端设置环形突出部，所述相位调制区轴向长度为0.8mm,幅度为1.0mm；
正向束波转换区与反向束波转换区的剖面曲线为正弦渐变分布，正向束波转换区的剖面曲线沿电子束传输方向径向幅度线性放大，反向束波转换区的剖面曲线沿电子束传输方向径向幅度线性渐变缩小，正向束波转换区和反向束波转换区的剖面曲线幅度斜率为0.125，正向束波转换区和反向束波转换区的剖面曲线为5个周期的正弦曲线，正向束波转换区和反向束波转换区的剖面正弦曲线的平均直径为14mm，周期为1.6mm；微波输出波导直径为14mm。
阴阳极之间施加电压300kV，阴极发射产生外直径为10mm，内直径为9.4mm，束流强度5.0kA的环形电子束，环形电子束在磁场强度0.62T的轴向磁场引导下在高频结构内传输，环形电子束将能量转交给微波场，产生波长为4.0毫米的高功率微波，束波转换效率40％。
综上所述，采用本发明的一种4毫米波高功率微波器件，采用正反方向束波互作用区，以及正弦曲线设计，有效的提高了功率容量及微波峰值功率；与同频段器件相比，其结构尺寸极大简洁，具有小型化，效率高，易装配的优点；能够产生波长4毫米的高功率微波，束波转换效率达到40％。
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 (10)

1.一种4毫米波高功率微波器件，其特征在于：包括外套筒，外套筒内设置高频结构；
所述高频结构沿电子束传播方向依次包括反射区、束流漂流区、正向束波转换区、相位调制区和反向束波转换区；所述反向束波转换区之后设置微波输出波导；
所述正向束波转换区和反向束波转换区的剖面曲线为以相位调制区中心线对称分布的正弦曲线，正弦曲线的平均直径为14.0mm，周期为1.6mm；内直径9.4mm，外直径10mm，电压300kV，电流5.0kA的环形电子束在磁场强度0.62T的轴向磁场引导下在高频结构内传输，产生波长为4毫米的高功率微波，束波转换效率达到40％。
2.如权利要求1所述的4毫米波高功率微波器件，其特征在于：所述反射区包括第一反射腔和第二反射腔，所述第一反射腔和第二反射腔剖面为矩形。
3.如权利要求2所述的4毫米波高功率微波器件，其特征在于：所述第一反射腔内直径为12mm，外直径为15mm，轴向长度为2mm；所述第二反射腔内直径为12mm，外直径为18mm,轴向长度为2mm；第一反射腔和第二反射腔间隔为2mm。
4.如权利要求1所述的4毫米波高功率微波器件，其特征在于：所述束流漂流区为中空圆柱通道，长度为3.6mm，直径为13mm。
5.如权利要求1所述的4毫米波高功率微波器件，其特征在于：所述相位调制区设置环形的相位调制腔，其顶端设置环形突出部，所述相位调制区轴向长度为0.8mm,幅度为1.0mm。
6.如权利要求1所述的4毫米波高功率微波器件，其特征在于：所述正向束波转换区与反向束波转换区的剖面曲线为正弦渐变分布。
7.如权利要求6所述的4毫米波高功率微波器件，其特征在于：所述正向束波转换区的剖面曲线沿电子束传输方向径向幅度线性放大，反向束波转换区的剖面曲线沿电子束传输方向径向幅度线性渐变缩小。
8.如权利要求1所述的4毫米波高功率微波器件，其特征在于：所述正向束波转换区和反向束波转换区的剖面曲线幅度斜率为0.125。
9.如权利要求1所述的4毫米波高功率微波器件，其特征在于：所述正向束波转换区和反向束波转换区的剖面曲线为5个周期的正弦曲线。
10.如权利要求1所述的4毫米波高功率微波器件，其特征在于：所述微波输出波导直径为14mm。
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