CN111540656B - 一种s，c波段双频可控高功率微波器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种S，C波段双频可控高功率微波器件，所述微波器件内具有同轴的内导体和四腔慢波结构，微波器件左端设置与四腔慢波结构内直径相同的圆环封闭结构；所述四腔慢波结构可轴向调节其在微波器件内的相对位置，其轴向总长度为170mm，内直径为76mm；调节四腔慢波结构最右端与内导体最左端轴向距离为240mm时，环形电子束在微波器件内传输，辐射产生S波段高功率微波；调节四腔慢波结构最右端与内导体最左端轴向距离为162.5mm时，环形电子束在微波器件内传输，辐射产生C波段高功率微波。采用本发明的一种S，C波段双频可控高功率微波器件，能够实现S及C波段可控高功率微波输出。

Description

一种S，C波段双频可控高功率微波器件
技术领域
本发明涉及一种S，C波段双频可控高功率微波器件，属于高功率微波技术领域。
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。
近年来，高功率微波源在追求高功率、高效率以及实现长脉冲和高重频运行的同时，也呈现出了其他的一些发展特点，如追求单个微波源器件产生具有多个频率的微波。该类型的器件能够实现单一器件的多频输出，是对单频振荡器的拓展研究和集成创新应用，具有一定的应用前景。跨波段双频可控是该类器件中的一个典型代表，在器件结构可控调节下，实现器件微波双频可控辐射。
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S，C波段双频可控高功率微波器件，本发明能够实现S及C波段可控高功率微波输出。
本发明采用的技术方案如下：
一种S，C波段双频可控高功率微波器件，所述微波器件内具有同轴的内导体和四腔慢波结构，微波器件左端设置与四腔慢波结构内直径相同的圆环封闭结构；
所述四腔慢波结构可轴向调节其在微波器件内的相对位置，其轴向总长度为170mm，内直径为76mm；
所述四腔慢波结构沿电子束传播方向依次设置环形的第一腔体、第二腔体、第三腔体和第四腔体，所述第一腔体外直径为150mm，轴向长度为30mm；第二腔体外直径为130mm，轴向长度为30mm；第三腔体外直径为150mm，轴向长度为30mm；第四腔体外直径为152mm，轴向长度为30mm；第一腔体与第二腔体之间间隔为10mm；第二腔体与第三腔体之间间隔为30mm；第三腔体与第四腔体之间间隔为10mm；
所述内导体的直径为30mm，内导体最左端与圆环封闭结构的轴向间距为23mm；
调节四腔慢波结构最右端与内导体最左端轴向距离为240mm时，环形电子束在微波器件内传输，辐射产生S波段高功率微波；
调节四腔慢波结构最右端与内导体最左端轴向距离为162.5mm时，环形电子束在微波器件内传输，辐射产生C波段高功率微波；
电压380kV，电流6kA，内直径为60mm，外直径为70mm的环形电子束在0.5T的轴向磁场引导下在微波器件内传输，辐射产生S波段或C波段高功率微波。
在本发明中，圆波导外筒两端封闭，内部抽真空到毫帕量级，圆波导外筒内一端设置发射环形电子束的阴极。
需要说明的是，本发明中所描述的内导体最左端是指靠近环形电子束发生端，环形电子束的传播方向为从左到右。
作为优选，所述第一腔体、第二腔体、第三腔体和第四腔体的剖面呈矩形。
作为优选，所述微波器件包括圆波导外筒，内导体和四腔慢波结构设置于圆波导外筒内，所述内导体与四腔慢波结构之间形成真空的电子束传输通道，环形电子束在电子束传输通道内传输。
作为优选，所述四腔慢波结构与圆波导外筒的内壁紧密接触。
作为优选，所述微波器件内部为毫帕量级的真空状态。
作为优选，所述圆波导外筒和四腔慢波结构的材质为无磁不锈钢。
本发明的一种S，C波段双频可控高功率微波器件，采用一种轴向紧凑型的慢波结构以及慢波结构与同轴内导体相对位置的改变产生S，C波段双频可控高功率微波；具有结构简单，轴向及径向尺寸非常紧凑，与同频段器件相比，其结构尺寸极大简洁，具有小型化，轻量化的优点，能够大幅降低磁场对电源的能量需求。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、大幅度降低高功率微波源系统体积、重量；
2、可大幅度降低磁场对电源的能量需求；
3、可以控制产生S波段或者C波段的高功率微波。
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S，C波段双频可控高功率微波器件的S波段工作结构剖视图；
图2是S，C波段双频可控高功率微波器件的C波段工作结构剖视图。
图中标记：1-圆波导外筒、11-圆环封闭结构、2-内导体、3-四腔慢波结构、31-第一腔体、32-第二腔体、33-第三腔体、34-第四腔体、4-环形电子束。
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S，C波段双频可控高功率微波器件，包括圆波导外筒，设置于圆波导外筒内与其同轴的内导体，设置于圆波导外筒内与其同轴中空的四腔慢波结构，微波器件左端设置与四腔慢波结构内直径相同的圆环封闭结构，内导体与四腔慢波结构之间形成真空的电子束传输通道，在电子束传输通道中传输的环形电子束；
所述四腔慢波结构可调节其在微波器件内的相对位置，其轴向总长度为170mm，内直径为76mm；
所述四腔慢波结构可轴向调节其在微波器件内的相对位置，其轴向总长度为170mm，内直径为76mm；
所述四腔慢波结构沿电子束传播方向依次设置环形的第一腔体、第二腔体、第三腔体和第四腔体，所述第一腔体外直径为150mm，轴向长度为30mm；第二腔体外直径为130mm，轴向长度为30mm；第三腔体外直径为150mm，轴向长度为30mm；第四腔体外直径为152mm，轴向长度为30mm；第一腔体与第二腔体之间间隔为10mm；第二腔体与第三腔体之间间隔为30mm；第三腔体与第四腔体之间间隔为10mm；
所述内导体的直径为30mm，内导体最左端与圆环封闭结构的轴向间距为23mm。
作为优选，所述第一腔体、第二腔体、第三腔体和第四腔体的剖面呈矩形。
作为优选，所述四腔慢波结构与圆波导外筒的内壁紧密接触。
作为优选，所述微波器件内部为毫帕量级的真空状态。
作为优选，所述圆波导外筒和四腔慢波结构的材质为无磁不锈钢。
在本实施例中，圆波导外筒两端封闭，圆波导外筒内一端设置发射环形电子束的阴极，控制四腔慢波结构最右侧与同轴内导体最左端轴向距离为240mm，在阴阳极之间施加高电压380kV，阴极发射产生内外直径分别为60mm，70mm，束流强度为6kA的环形电子束。环形电子束在0.5T轴向磁场引导下传输进入器件，电子束将能量转交给微波场，微波器件辐射S波段高功率微波。
实施例2
如图2所述，本实施例与实施例1的区别是：在实施例中，控制四腔慢波结构最右侧与同轴内导体最左端轴向距离为162.5mm，在阴阳极之间施加高电压380kV，阴极发射产生内外直径分别为60mm，70mm，束流强度为6kA的环形电子束。环形电子束在0.5T轴向磁场引导下传输进入器件，电子束将能量转交给微波场，微波器件辐射C波段高功率微波。
综上所述，采用本发明的一种S，C波段双频可控高功率微波器件,大幅度降低高功率微波源系统体积、重量；可大幅度降低磁场对电源的能量需求；可以控制产生S波段或者C波段的高功率微波。
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 (5)

1. 一种 S，C 波段双频可控高功率微波器件，其特征在于：所述微波器件内具有同轴的内导体和四腔慢波结构，微波器件左端设置与四腔慢波结构内直径相同的圆环封闭结构；
所述四腔慢波结构可轴向调节其在微波器件内的相对位置，其轴向总长度为170mm，内直径为76mm；
所述四腔慢波结构沿电子束传播方向依次设置环形的第一腔体、第二腔体、第三腔体和第四腔体，所述第一腔体外直径为150mm，轴向长度为30mm；第二腔体外直径为130mm，轴向长度为30mm；第三腔体外直径为150mm，轴向长度为30mm；第四腔体外直径为152mm，轴向长度为30mm；第一腔体与第二腔体之间间隔为10mm；第二腔体与第三腔体之间间隔为30mm；第三腔体与第四腔体之间间隔为10mm；
所述内导体的直径为30mm，内导体最左端与圆环封闭结构的轴向间距为23mm；
调节四腔慢波结构最右端与内导体最左端轴向距离为240mm时，环形电子束在微波器件内传输，辐射产生S波段高功率微波；
调节四腔慢波结构最右端与内导体最左端轴向距离为162.5mm 时，环形电子束在微波器件内传输，辐射产生C波段高功率微波；
电压380kV，电流 6kA，内直径为60mm，外直径为70mm的环形电子束在0.5T的轴向磁场引导下在微波器件内传输，辐射产生S波段或C波段高功率微波；
所述微波器件包括圆波导外筒，内导体和四腔慢波结构设置于圆波导外筒内，所述内导体与四腔慢波结构之间形成真空的电子束传输通道，环形电子束在电子束传输通道内传输。
2.如权利要求1所述的S，C波段双频可控高功率微波器件，其特征在于：所述第一腔体、第二腔体、第三腔体和第四腔体的剖面呈矩形。
3.如权利要求1所述的S，C波段双频可控高功率微波器件，其特征在于：所述四腔慢波结构与圆波导外筒的内壁紧密接触。
4.如权利要求1所述的S，C波段双频可控高功率微波器件，其特征在于：所述微波器件内部为毫帕量级的真空状态。
5.如权利要求1所述的S，C波段双频可控高功率微波器件，其特征在于：所述圆波导外筒和四腔慢波结构的材质为无磁不锈钢。
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