CN110806148B

CN110806148B - 一种用于车船迫停的紧凑型窄带高功率微波源

Info

Publication number: CN110806148B
Application number: CN201910982035.2A
Authority: CN
Inventors: 于学尧
Original assignee: SPARK TECHNOLOGIES Ltd
Current assignee: SPARK TECHNOLOGIES Ltd
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2022-02-01
Anticipated expiration: 2039-10-15
Also published as: CN110806148A

Abstract

本发明涉及高功率微波技术领域的微波源器件，尤其是一种用于车船迫停的紧凑型窄带高功率微波源，包括阴极座、阴极、阳极外筒、截止颈、外慢波结构、内慢波结构、输出波导、同轴提取段、隔离段、谐振反射环、后置谐振腔、螺线管磁场、支撑杆，整个结构关于中心轴线旋转对称；采用本发明可达到以下技术效果：采用后置谐振腔，确保实现小型化和高效率，能对束波作用产生具有最优效果的峰值，有利于实现长脉冲；采用谐振反射环，能对束波作用产生具有最优效果的峰值；采用内外双波纹矩形慢波结构，缩小外慢波结构的径向尺寸；内慢波结构为矩形结构，与外慢波结构构成双矩形结构，缩短了轴向长度。

Description

一种用于车船迫停的紧凑型窄带高功率微波源

技术领域

本发明涉及高功率微波技术领域的微波源器件，尤其是一种用于车船迫停的紧凑型窄带高功率微波源。

背景技术

目前，高功率微波(通常指峰值功率大于100MW、频率在1～300GHz之间的电磁波)在定向能武器、卫星和空间平台供能、小型深空探测器的发射、轨道飞行器高度改变推进系统、电子高能射频加速器、材料加工与处理等国防和工业领域得到广泛应用。高功率微波源是高功率微波系统的核心分系统，用来产生不同频率的高功率微波。

近年来，以美国、德国为代表的发达国家投入巨资成功研发微波定向能车辆、船舶迫停系统并装备公安武警和部队，该系统专门是应用于反车船等动力系统的一种高功率微波电子系统。它利用高功率微波源产生的微波脉冲，通过高增益天线定向“射击”运动中的机动车辆船，以“非致命”手段“削弱”或“破坏”车船中的电子控制装置，从而使车船突然减速或停止，达到禁止其进入特定区域或保护重要目标不受车船冲击的目的。这种系统是把战争期间使用的高技术系统成功转化为和平时期利用的装备，专门针对公共区域恐怖犯罪和自杀式袭击等场合，用于保护重要目标，如军事战略目标、政治目标、经济战略目标、以及公共场合和交通设施中人民群众生命等免受车船的自杀式袭击。此外，这种系统还可用于犯罪分子驾车船逃逸时的追捕、交通控制等多种场合。

国内外在车船迫停系统方面的相关研究工作也取得了一定的进展。研究的车船迫停系统主要基于宽带高功率微波系统。鉴于宽带高功率微波系统辐射能量分散较大，攻击距离受限，而窄带高功率微波系统可以显著提高攻击距离，故研究基于窄带高功率微波源的车船迫停系统具有重要应用价值。L波段等低频段高功率微波具有以下优点：微波波长长，绕射能力强，因而容易穿越遮蔽物，与目标直接发生相互作用；微波的自由空间传输损耗小，传输距离远。因此，研究紧凑化L波段高功率微波源对于推动研制基于窄带高功率微波源的车船迫停系统具有重要的理论和现实意义。

相对论切伦科夫振荡器作为一种发展较为成熟的窄带高功率微波源，具有高功率、高效率以及适合重复频率工作等特点，受到国际上广大科研人员的关注。由于相对论切伦科夫振荡器的工作频段与器件的尺寸存在密切的关系，高频段器件尺寸较小，而低频段器件尺寸较大。此外，低频段器件还需要配备体积较大的螺线管磁场对电子束进行约束，造成整个系统庞大，不利于加工和实验。因此，相对论切伦科夫振荡器在向L波段等低频段拓展遇到了很大困难。目前，对相对论切伦科夫振荡器的研究多集中在S、C、X和毫米波段，对L波段等低频段报道较少。

研究L波段相对论切伦科夫振荡器具有代表性的是采用同轴慢波结构缩小器件的径向尺寸【牛洪昌，钱宝良.紧凑型L波段同轴相对论返波振荡器的粒子模拟.强激光与粒子束，2006，Vol.18，No.11，pp.1879-1882】(以下称为现有技术1)。这种器件由阴极座、阴极、阳极外筒、截止颈、外慢波结构、内慢波结构、收集极、输出波导、螺线管磁场、吸波介质、支撑杆组成，整个结构关于中心轴线旋转对称。为了叙述方便，下文中将沿轴线方向上靠近阴极座的一侧称为左端，远离阴极座的一侧称为右端。其中，外慢波结构由五个相同的慢波叶片组成，每个慢波叶片的内表面均是正弦结构，最大外半径R₄和最小内半径R₅满足R₄＞R₅＞R₂；内慢波结构为一个半径为R₃的圆柱体。模拟结果表明，输出微波频率为1.63GHz，功率为140MW，功率转换效率32％。虽然该论文公布了该结构的组成，但该结构只是初步建立的数值仿真模型，没有具体技术方案，从论文的描述中只能简要知道该结构的大致连接关系。此外，外慢波结构由五个慢波叶片组成，轴向长度较长，不利于器件结构的小型化。器件的功率转换效率还有待提高。

2010年，国防科技大学的葛行军博士等人提出了一种L波段频率可调同轴相对论切伦科夫振荡器【Ge Xingjun,Zhong Huihuang,Qian Baoliang,Zhang Jun,Gao Liang,Jin Zhenxing,Fan Yuwei,and Yang Jianhua.An L-band coaxial relativisticbackward wave oscillator with mechanical frequency tunability[J].AppliedPhysics Letters,2010,97(10):101503】(下文简称为现有技术2)。该结构由阴极座、阴极、阳极外筒、截止颈、外慢波结构、内慢波结构、收集极、输出波导、螺线管磁场、支撑杆组成，整个结构关于中心轴线旋转对称。所述阴极座左端连接脉冲功率源的内导体，所述阳极外筒左端连接脉冲功率源的外导体，所述阴极固定在阴极座右端，在阴极右端设置截止颈，所述外慢波结构位于所述截止颈的右侧，在所述阳极外筒外围设置所述螺线管磁场。所述外慢波结构由五个慢波叶片组成，每个慢波叶片的内表面均是梯形结构，所述梯形结构的最大外半径R₄与最小内半径R₅满足R₄＞R₅＞R₂，其中R₂为所述截止颈的内半径。所述内慢波结构为一个半径为R₃、长度为L₃的圆柱体，右端固定在所述收集极上，左侧沿轴向插入所述外慢波结构中央，且与外慢波结构同轴，通过调节所述内慢波结构的半径和长度，可以调节输出微波的频率。所述收集极为圆筒状，左端面与外慢波结构末端距离L₂，其左端面挖有环形凹槽，环形凹槽的内半径R₉和外半径R₁₀满足R₁₀＞R₁＞R₉，环形凹槽的长度L₄约为工作波长的三分之一。所述收集极通过支撑杆固定在所述阳极外筒的内壁上。所述支撑杆共有两排，第一排支撑杆位于距离外慢波结构末端距离为L₅的位置，满足L₅＞L₄；第二排支撑杆与第一排支撑杆之间的距离L₆为工作波长四分之一。所述阴极座、阳极外筒、截止颈、外慢波结构、内慢波结构、收集极、支撑杆均为不锈钢材料，阴极采用石墨、耐热玻璃布-环氧树脂覆铜箔板材料或不锈钢材料，螺线管磁场采用漆包铜线。实验中，输出微波功率1.3GW，中心频率1.58GHz，频率调节带宽为4％(功率降低3dB范围)。该方案采用了五个慢波叶片，轴向距离变长，与之配合的导引磁场也会增长，不利于器件的小型化。同时，器件主要结构采用不锈钢材料，器件较重，不利于轻型化。器件的功率转换效率仅为17％，还有待提高。

分析上述研究现状不难看出，L波段相对论切伦科夫振荡器研究取得了较大进展，但存在以下不足：通常采用五个慢波叶片，轴向长度较长，导致与之配合的导引磁场较长，不利于器件的小型化；功率转换效率通常在30％左右，系统能量转换效率低。因此，采用新的设计思想，研究一种紧凑型高效率L波段相对论切伦科夫振荡器具有重要的理论和现实意义。

因此，尽管人们已经开始研究紧凑化L波段相对论切伦科夫振荡器，但很少见到成熟且简单易行的方案，尤其是同时实现器件的轻小型化、高效率的技术方案尚未有公开报导。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服通常L波段高功率微波源器件轴向长度长、重量较重的不足，设计一个用于车船迫停的紧凑型窄带高功率微波源。

本发明的工作原理是：阴极产生的相对论电子束与由外慢波结构和内慢波结构决定的准TM₀₁模式的电磁波进行束波作用，产生L波段吉瓦级高功率微波输出。

本发明的技术方案为：

一种用于车船迫停的紧凑型窄带高功率微波源，包括阴极座301、阴极302、阳极外筒303、截止颈304、外慢波结构305、内慢波结构306、输出波导308、同轴提取段312、隔离段313、谐振反射环314、后置谐振腔315、螺线管磁场309、支撑杆311，整个结构关于中心轴线旋转对称；阴极座301左端外接脉冲功率源的内导体，阳极外筒303左端外接脉冲功率源的外导体；阴极302为一薄壁圆筒，壁厚为0.1mm，内半径R₁等于电子束的半径，套在阴极座301右端；截止颈304呈圆盘状，内半径为R₂，R₂＞R₁，长度L₁₀一般取值为工作波长λ的五分之一；外慢波结构305由两个慢波叶片组成，每个慢波叶片的内表面均是矩形结构，矩形结构的最大外半径R₄与最小内半径R₅满足R₄＞R₅＞R₂，外慢波结构305每个周期(每个慢波矩形叶片和相邻的空腔组成的结构)的长度L₁一般取值为工作波长λ的0.25-0.45倍，在本实施例中L₁为工作波长λ的三分之一。慢波叶片之间通过螺纹拧紧；外慢波结构305右侧是一段长为L₇、半径为R₁₁的隔离段313，L₇一般取值为工作波长λ的0.10-0.25倍，在本实施例中L₇为工作波长λ的六分之一，R₁₁＞R₄；隔离段313往右为谐振反射环314，谐振反射环314呈圆盘状，内半径为R₁₂，R₁₂＜R₄＜R₁₁；谐振反射环314往右为后置谐振腔315，后置谐振腔315半径为R₁₃，R₁₃＞R₁₁，长度为L₉，L₉一般取值为工作波长λ的0.20-0.35倍，在本实施例中为工作波长λ的四分之一；外慢波结构305、隔离段313、后置谐振腔315之间通过螺纹相连。内慢波结构306由两个慢波叶片组成，每个慢波叶片的外表面均是矩形结构，所述矩形结构的最大外半径R₃与最小内半径R₈满足R₁＞R₃＞R₈，内慢波结构306每个周期的长度与外慢波结构305每个周期的长度一样，均为L₁，一般取值为工作波长λ的0.25-0.45倍，在本实施例中L₁为工作波长λ的三分之一。内慢波结构306右端与同轴提取段312相连，左端沿轴向插入外慢波结构305中央，且与外慢波结构305同轴，内慢波结构306的左端面与截止颈304的右端面平齐；同轴提取段312由两段圆柱体构成，第一段半径为R₃，长度为L₂，L₂一般取值为工作波长λ的0.10-0.20倍，在本实施例中约为工作波长的六分之一；第二段半径为R₆，满足R₃＜R₆＜R₁，长度大于L₅、L₆二者之和。同轴提取段312通过支撑杆311支撑固定，支撑杆311共有两排，第一排支撑杆311a放在距离同轴提取段312左端面为L₅的位置，L₅一般取值为工作波长λ的0.40-0.60倍，在本实施例中L₅为工作波长λ的二分之一；第二排支撑杆311b与第一排支撑杆311a之间的距离为L₆，L₆一般取值为工作波长λ的0.20-0.30倍，在本实施例中L₆为工作波长λ的四分之一；采用两排支撑杆311既增强了支撑强度，又可以消除输出口对微波的反射。同轴提取段312与阳极外筒303之间的圆环形空间组成输出波导308，输出波导308为微波输出口。螺线管磁场309采用漆包铜线或漆包铝线绕制而成。

进一步地，所述阴极302采用高硬度石墨或碳纳米管等材料制成，后置谐振腔315外壁采用石墨、不锈钢材复合料或无氧铜制成。

与现有技术相比，采用本发明可达到以下技术效果：

(1)采用后置谐振腔，主要作用如下：

(a)优化后的后置谐振腔有利于提高腔体的品质因素，在谐振条件下能提高束波作用效率，可在慢波叶片个数仅有2个的情况下实现高效的微波激励，确保实现小型化和高效率。

(b)优化后的后置谐振腔内表面具有较强的轴向电场，可以与电子束发生相互作用，使电子束把能量交给微波场，提高功率转换效率。从图5～6中可见，调节后置谐振腔的宽度和半径，能对束波作用产生具有最优效果的峰值。

(c)后置谐振腔兼作电子束收集极，可以吸收经过束波相互作用失去能量而减速的电子束，由于半径较大，故残余电子抵达收集极内壁时已经发散，轰击内壁的电子密度明显降低，进而减少了电子束轰击腔体内壁而产生的二次电子的数量，进而有效的抑制了电子束轰击内壁产生的二次电子对输出微波脉宽的影响，有利于实现长脉冲。

(2)采用谐振反射环，通过调节谐振反射环的长度和半径，可以改变高功率微波源末端的不连续性调节相位，增强电子束与电磁波之间的相互作用。从图7～8中可见，调节谐振反射环的长度和半径，能对束波作用产生具有最优效果的峰值。

(3)采用内外双波纹矩形慢波结构，利用同轴慢波结构准TEM模式无截止频率的特点，缩小外慢波结构的径向尺寸；内慢波结构为矩形结构，与外慢波结构构成双矩形结构，增大了电子束与波的耦合阻抗，提高了束波作用效率，可将慢波叶片个数由5个以上减少为2个，缩短了轴向长度。

附图说明

图1为背景介绍中现有技术1公开的紧凑型L波段同轴相对论切伦科夫振荡器的结构示意图；

图2为背景介绍中现有技术2公开的L波段频率可调同轴相对论切伦科夫振荡器结构示意图；

图3为本发明提供的紧凑型窄带高功率微波源优选实施例的A-A剖视结构示意图；

图4为本发明提供的紧凑型窄带高功率微波源优选实施例的A-A剖视立体示意图；

图5为本发明提供的紧凑型窄带高功率微波源优选实施例的后置谐振腔的宽度L₉对输出微波效率的影响结果示意图；

图6为本发明提供的紧凑型窄带高功率微波源优选实施例的后置谐振腔的半径R₁₃对输出微波效率的影响结果示意图；

图7为本发明提供的紧凑型窄带高功率微波源优选实施例的谐振反射环的长度L₈对输出微波效率的影响结果示意图；

图8为本发明提供的车船迫停的紧凑型窄带高功率微波源优选实施例的谐振反射环的半径R₁₂对输出微波效率的影响结果示意图；

图9为本发明提供的紧凑型窄带高功率微波源优选实施例的典型仿真微波随时间变化波形，平均功率2.1GW。

图10为本发明提供的紧凑型窄带高功率微波源优选实施例的典型仿真频谱图，频谱较纯，中心频率1.5GHz。

图11为本发明提供的紧凑型窄带高功率微波源优选实施例的典型实验频谱图，频谱较纯，中心频率1.535GHz，微波功率1.9GW。

具体实施方式

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为现有技术1中公布的紧凑型L波段同轴相对论切伦科夫振荡器的结构示意图。为该结构由阴极座101、阴极102、阳极外筒103、截止颈104、外慢波结构105、内慢波结构106、收集极107、输出波导108、螺线管磁场109、吸波介质110、支撑杆111组成，整个结构关于中心轴线旋转对称。虽然该论文公布了仿真结果，但只给出了结构示意图，没有具体技术方案，下面只是简要介绍本结构的大致连接关系。其中外慢波结构105由五个相同的慢波叶片组成，每个慢波叶片的内表面均是正弦结构，最大外半径R₄和最小内半径R₅满足R₄＞R₅＞R₂；慢波叶片的长度L₁为工作波长λ的二分之一左右。内慢波结构为一个半径为R₃的圆柱体，R₃＜R₁。收集极107是一个半径为R₃的圆柱体，收集极107左端面距离外慢波结构105右侧末端的距离为L₂约为工作波长的六分之一。支撑杆111是环形结构，外半径等于外慢波叶片最大外半径R₄，内半径等于收集极107的半径R₆。吸波介质110为仿真计算中设置的理想匹配负载，通过设置介电常数和长度实现对输出微波的匹配吸收。模拟结果中，得到输出微波频率1.63GHz、功率140MW、功率转换效率32％的结果。该方案采用正弦形状慢波叶片，与梯形慢波叶片相比，电子束与结构波的耦合阻抗低，束波转换效率低。同时，采用了五个慢波叶片，导致轴向长度过长，与之配合的磁场较长，不利于器件小型化。器件的功率转换效率还有待提高。

图2为现有技术2中公布的L波段频率可调同轴相对论切伦科夫振荡器结构示意图。该结构由阴极座201、阴极202、阳极外筒203、截止颈204、外慢波结构205、内慢波结构206、收集极207、输出波导208、螺线管磁场209、支撑杆211组成，整个结构关于中心轴线旋转对称。外慢波结构205由五个慢波叶片组成，每个慢波叶片的内表面均是梯形结构，梯形结构的最大外半径R₄与最小内半径R₅满足R₄＞R₅＞R₂，梯形结构的长度L₁一般取值为工作波长λ的二分之一。内慢波结构206是一个半径为R₃、长度为L₃的圆柱体，内慢波结构206左端面与截止颈204的右端面平齐。收集极207为圆筒状，左端面挖有环形凹槽207a，环形凹槽207a的内半径R₉和外半径R₁₀根据阴极202的内半径R₁来选取，满足R₁₀＞R₁＞R₉，环形凹槽207a的长度L₄一般取值为工作波长λ的三分之一。支撑杆211共有两排，第一排支撑杆211a放在距离外慢波结构205末端为L₅的位置，L₅＞L₄；第二排支撑杆211b与第一排支撑杆211a之间的距离L₆一般取值为工作波长λ的四分之一；采用两排支撑杆211既增强了支撑强度，又可以消除输出口对微波的反射。实验中，得到输出微波功率1.3GW、中心频率1.58GHz、频率调节带宽为4％(功率降低3dB范围)的结果。该方案采用了五个慢波叶片，轴向距离变长，与之配合的导引磁场也会增长，不利于器件的小型化。同时，器件主要结构采用不锈钢材料，器件较重，不利于轻型化。器件的功率转换效率仅为17％，还有待提高。

图3为本发明L波段相对论切伦科夫振荡器优选实施例的A-A剖视结构示意图，图4为本实施方式的A-A剖视立体示意图。本发明由阴极座301、阴极302、阳极外筒303、截止颈304、外慢波结构305、内慢波结构306、输出波导308、同轴提取段312、隔离段313、谐振反射环314、后置谐振腔315、螺线管磁场309、支撑杆311组成，整个结构关于中心轴线旋转对称。

阴极座301左端外接脉冲功率源的内导体，阳极外筒303左端外接脉冲功率源的外导体。阴极302是一个薄壁圆筒，壁厚仅为0.1mm，内半径R₁等于电子束的半径，套在阴极座301右端。截止颈304呈圆盘状，内半径为R₂，R₂＞R₁，长度L₁₀一般取值为工作波长λ的0.10-0.30倍，在本实施例中L₁为工作波长λ的五分之一。

外慢波结构305仅由两个慢波叶片组成，每个慢波叶片的内表面均是矩形结构，矩形结构的最大外半径R₄与最小内半径R₅满足R₄＞R₅＞R₂；外慢波结构305每个周期(每个慢波矩形叶片和相邻的空腔组成的结构)的长度L₁一般取值为工作波长λ的0.40-0.60倍，在本实施例中L₁为工作波长λ的三分之一。慢波叶片之间通过螺纹拧紧。外慢波结构305右侧是一段长为L₇的隔离段313，L₇一般取值为工作波长λ的0.10-0.25倍，在本实施例中L₇为工作波长λ的六分之一，半径为R₁₁，R₁₁＞R₁₄。谐振反射环314呈圆盘状，内半径为R₁₂，R₁₂＞R₄，长度为L₈，在本实施例中L₈为工作波长λ的八分之一。后置谐振腔315半径为R₁₃，R₁₃＞R₁₁，长度为L₉，在本实施例中L₉为工作波长λ的五分之一。外慢波结构305、隔离段313、后置谐振腔315之间通过螺纹相连。截止颈304、外慢波结构305、隔离段313、后置谐振腔315从阳极外筒303的右侧，沿轴向、紧贴阳极外筒303的内壁，依次嵌入输出波导308并固定。

内慢波结构306仅由两个慢波叶片组成，每个慢波叶片的外表面均是矩形结构，所述矩形结构的最大外半径R₃与最小内半径R₈满足R₁＞R₃＞R₈，其中R₁为所述阴极的半径，所述矩形结构的周期(每个慢波矩形叶片和相邻的空腔组成的结构)长度与外慢波结构305周期长度均为L₁，一般取值为工作波长λ的0.25-0.45倍，在本实施例中L₁为工作波长λ的三分之一。内慢波结构306右端通过外螺纹与同轴提取段312相连，左端沿轴向插入外慢波结构305中央，且与慢波结构305同轴，内慢波结构306的左端面与截止颈304的右端面平齐。同轴提取段312由两段圆柱体构成，第一段半径为R₃，长度为L₂，L₂一般取值为工作波长λ的0.10-0.20倍，在本实施例中约为工作波长的六分之一；第二段半径为R₆，满足R₃＜R₆＜R₁，长度大于L₅、L₆二者之和。同轴提取段312左端面的中心车出外半径为R₃的内螺纹，与内慢波结构306右端的的外螺纹相连。

支撑杆311共有两排，第一排支撑杆311a放在距离同轴提取段312左端面为L₅的位置，L₅一般取值为工作波长λ的0.40-0.60倍，在本实施例中L₅为工作波长λ的二分之一；第二排支撑杆311b与第一排支撑杆311a之间的距离L₆一般取值为工作波长λ的0.20-0.30倍，在本实施例中L₆为工作波长λ的四分之一；采用两排支撑杆311既增强了支撑强度，又可以消除输出口对微波的反射。内慢波结构306、同轴提取段312由两排支撑杆311支撑，从阳极外筒303的右端沿轴向嵌入输出波导308内。同轴提取段312与输出波导308之间的圆环空间为微波输出口。螺线管磁场309采用漆包铜线、漆包铜线或铝线绕制而成。

进一步地，所述阴极采用高硬度石墨、碳纳米管等材料，后置谐振腔外壁采用石墨、不锈钢材复合料或无氧铜制成。

本实施例实现了一种用于车船迫停的中心频率为1.5GHz(对应微波波长λ＝20cm)的L波段紧凑型窄带高功率微波源(相应的尺寸设计为：R₁＝30mm，R₂＝34mm，R₃＝20mm，R₄＝53mm，R₅＝36mm，R₆＝24mm，R₇＝50mm，R₈＝15mm，R₁₁＝55mm，R₁₂＝40mm，R₁₃＝57mm，L₁＝67mm，L₂＝33mm，L₅＝100mm，L₆＝50mm，L₇＝33mm，L₈＝25mm，L₉＝40mm)。仿真中，在二极管电压500kV、电流10kA、导引磁场0.9T的条件下，输出微波频率1.5GHz(属L波段)、功率2.1GW、功率转换效率42％。实验中，获得中心频率1.535GHz、功率1.9GW的高功率微波输出。该高功率微波源尺寸为Φ12×40cm(不含磁场)。由上述结果可知，本发明克服了通常L波段高功率微波源体积大的不足，实现了L波段高功率微波源的紧凑化，对于设计该类型高功率微波源具有重要的借鉴意义。

参见图5，可知后置谐振腔的宽度L₉对输出微波效率存在影响，随着L₉增大能使输出微波效率先增大后减小，当L₉＝40mm时达到最高输出效率。

参见图6，可知后置谐振腔的半径R₁₃对输出微波效率存在影响，随着R₁₃增大能使输出微波效率先增大后减小，当R₁₃＝57mm时达到最高输出效率。

参见图7，可知振反射环的长度L₈对输出微波效率存在影响，随着L₁₂增大能使输出微波效率先增大后减小，当L₈＝25mm时达到最高输出效率。

参见图8，可知谐振反射环的半径R₁₂对输出微波效率存在影响，随着L₇增大能使输出微波效率先增大后减小，当R₁₂＝40mm时达到最高输出效率。

图11为本发明提供的紧凑型窄带高功率微波源优选实施例的典型实验频谱图，频谱较纯，中心频率1.535GHz，微波功率1.9GW，验证了本发明技术方案的可行性。

当然，在本优选实施例中，截止颈304、外慢波结构305、隔离段313、后置谐振腔315之间也可以采用其他连接方式，器件结构也可采用其它材料加工，以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于车船迫停的紧凑型窄带高功率微波源，其特征在于：包括阴极座(301)、阴极(302)、阳极外筒(303)、截止颈(304)、外慢波结构(305)、内慢波结构(306)、输出波导(308)、同轴提取段(312)、隔离段(313)、谐振反射环(314)、后置谐振腔(315)、螺线管磁场(309)、支撑杆(311)，整个结构关于中心轴线旋转对称；阴极座(301)左端外接脉冲功率源的内导体，阳极外筒(303)左端外接脉冲功率源的外导体；阴极(302)为一薄壁圆筒，壁厚为0.1mm，内半径R₁等于电子束的半径，套在阴极座(301)右端；截止颈(304)呈圆盘状，内半径为R₂，R₂>R₁，长度L₁₀取值为工作波长λ的五分之一；外慢波结构(305)由两个慢波叶片组成，每个慢波叶片的内表面均是矩形结构，矩形结构的最大外半径R₄与最小内半径R₅满足R₄>R₅>R₂，外慢波结构(305)每个周期的长度L₁取值为工作波长λ的0.25-0.45倍；外慢波结构(305)右侧是一段长为L₇、半径为R₁₁的隔离段(313)，L₇取值为工作波长λ的0.10-0.25倍，R₁₁>R₄；隔离段(313)往右为谐振反射环(314)，谐振反射环(314)呈圆盘状，内半径为R₁₂，R₁₂<R₄<R₁₁；谐振反射环(314)往右为后置谐振腔(315)，后置谐振腔(315)半径为R₁₃，R₁₃>R₁₁，长度为L₉，L₉取值为工作波长λ的0.20-0.35倍；内慢波结构(306)由两个慢波叶片组成，每个慢波叶片的外表面均是矩形结构，所述矩形结构的最大外半径R₃与最小内半径R₈满足R₁>R₃>R₈，内慢波结构(306)每个周期的长度与外慢波结构(305)每个周期的长度一样，均为L₁，取值为工作波长λ的0.25-0.45倍；内慢波结构(306)右端与同轴提取段(312)相连，左端沿轴向插入外慢波结构(305)中央，且与外慢波结构(305)同轴，内慢波结构(306)的左端面与截止颈(304)的右端面平齐；同轴提取段(312)由两段圆柱体构成，第一段半径为R₃，长度为L₂，L₂取值为工作波长λ的0.10-0.20倍；第二段半径为R₆，满足R₃<R₆<R₁，长度大于L₅、L₆二者之和；同轴提取段(312)通过支撑杆(311)支撑固定，支撑杆(311)共有两排，第一排支撑杆(311a)放在距离同轴提取段(312)左端面为L₅的位置，L₅取值为工作波长λ的0.40-0.60倍；第二排支撑杆(311b)与第一排支撑杆(311a)之间的距离为L₆，L₆取值为工作波长λ的0.20-0.30倍；同轴提取段(312)与阳极外筒(303)之间的圆环形空间组成输出波导(308)，输出波导(308)为微波输出口；螺线管磁场(309)采用漆包铜线或漆包铝线绕制而成。

2.一种根据权利要求1所述用于车船迫停的紧凑型窄带高功率微波源，其特征在于：外慢波结构(305)每个周期的长度L₁取值为工作波长λ的三分之一。

3.一种根据权利要求1所述用于车船迫停的紧凑型窄带高功率微波源，其特征在于：隔离段(313)的长度L₇取值为工作波长λ的六分之一。

4.一种根据权利要求1所述用于车船迫停的紧凑型窄带高功率微波源，其特征在于：后置谐振腔(315)的长度L₉取值为工作波长λ的四分之一。

5.一种根据权利要求1所述用于车船迫停的紧凑型窄带高功率微波源，其特征在于：内慢波结构(306)每个周期的长度与外慢波结构(305)每个周期的长度一样，均为L₁，取值为工作波长λ的三分之一。

6.一种根据权利要求1所述用于车船迫停的紧凑型窄带高功率微波源，其特征在于：同轴提取段(312)第一段长度L₂取值为工作波长的六分之一。

7.一种根据权利要求1所述用于车船迫停的紧凑型窄带高功率微波源，其特征在于：第二排支撑杆(311b)与第一排支撑杆(311a)之间的距离L₆取值为工作波长λ的四分之一。

8.一种根据权利要求1所述用于车船迫停的紧凑型窄带高功率微波源，其特征在于：所述阴极(302)采用高硬度石墨或碳纳米管制成，后置谐振腔(315)外壁采用石墨或不锈钢材复合料或无氧铜制成。

9.一种根据权利要求1至8任一条所述用于车船迫停的紧凑型窄带高功率微波源，其特征在于：对于中心频率为1.5GHz的微波源，相应的尺寸设计为：R₁＝30mm，R₂＝34mm，R₃＝20mm，R₄＝53mm，R₅＝36mm，R₆＝24mm，R₈＝15mm，R₁₁＝55mm，R₁₂＝40mm，R₁₃＝57mm，L₁＝67mm，L₂＝33mm，L₅＝100mm，L₆＝50mm，L₇＝33mm，L₈＝25mm，L₉＝50mm。