CN115036664B - 一种基于电子束路径电调节的跨三波段跳频高功率微波源 - Google Patents

一种基于电子束路径电调节的跨三波段跳频高功率微波源 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种基于电子束路径电调节的跨三波段跳频高功率微波源，包括：磁体系统以及均呈回转体结构的阴极、阳极和同轴波导；阳极上设有轴向的中空腔，阴极和同轴波导间隔设在中空腔内，阴极、阳极和同轴波导同轴；磁体系统环绕在阳极的外部；同轴波导上设有沿轴向的第一通道和第二通道，同轴波导与阳极之间围成第三通道；第一通道、第二通道和第三通道均为回转体结构且同轴；阴极和阳极产生高压电场，磁体系统包括：三个磁体，分别产生三个磁场，通过高压电场和三个磁场的配合，将环形电子束导入第一通道、第二通道或第三通道，并分别产生第一波段、第二波段或第三波段的高功率微波。本申请能够以电调节的方式实现跨三个波段的跳频。

Description

一种基于电子束路径电调节的跨三波段跳频高功率微波源
技术领域
本申请涉及高功率微波源技术领域，特别是涉及一种基于电子束路径电调节的跨三波段跳频高功率微波源。
背景技术
高功率微波(High Power Microwave,HPM)通常是指峰值功率大于100兆瓦、频率在1～300GHz之间的电磁波。HPM源是HPM系统的核心部件，它通过器件内部特殊设计的高频电磁结构将强流相对论电子束的动能转化为微波能量并输出。
跨波段跳频是HPM源的重要发展方向之一。跨波段跳频HPM源可应用于HPM系统中，根据不同作用目标的特性，切换微波频率波段，增强作用效果。此外，跨波段跳频HPM源还可以应用于HPM效应研究之中。因此，跨波段跳频HPM源技术在国防和工业领域具有重要的应用价值。HPM源的调频方式主要包括电调节、机械调节两种方式。电调节指通过改变外加电压、导引磁场等电参数实现工作频率调节，机械调节指通过改变微波源几何结构、尺寸实现工作频率调节。
在1兆瓦以下的大功率水平微波源中，电调节、机械调节的跨波段跳频的微波源都比较常见。但是，在100兆瓦以上水平的HPM源中，由于高工作电压、高功率水平造成的绝缘困难、电压范围难以大幅度调节，目前的跨波段跳频主要依靠机械调节实现。
2014年，国防科技大学的葛行军等人提出了一种跨L、S波段机械调频的HPM源，通过调节同轴波导的长度，使工作模式在同轴准TEM模式(L波段)和空心TM01模式(S波段)之间转换；实验中，当同轴波导长度为39cm时，输出微波频率1.59GHz、功率2.0GW、效率32％；当同轴波导长度为5cm时，输出微波频率2.35GHz、功率1.3GW、功率转换效率21％。
2017年，中国工程物理研究院通过机械调节HPM源的周期式慢波结构的周期长度的方式，实现了跨L、S、C、X四个波段的跳频输出：将同轴波导机械调节为光滑结构，将同轴外导体的周期式慢波结构的周期长度以机械方式从大调节到小，分别实现L、S波段HPM产生和输出；将同轴外导体机械调节为光滑结构，将同轴波导周期式慢波结构的周期长度以机械方式从大调节到小，分别实现C、X波段HPM产生和输出。
以上跨波段跳频HPM源取得了一定进展，但仍存在以下不足：
1)机械调节方式在实际运用中没有电调节方式简单，且难以适用几何结构复杂的HPM源；
2)难以适用X波段以上频率高、几何结构参数敏感性高的情况。
上述不足严重限制了跨多波段的HPM源的发展与应用。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于电子束路径电调节的跨三波段跳频高功率微波源，能够以电调节的方式实现跨三个波段的跳频。
一种基于电子束路径电调节的跨三波段跳频高功率微波源，包括：阴极、阳极、同轴波导以及磁体系统；
所述阴极、所述阳极和所述同轴波导均呈回转体结构；所述阳极上设有轴向的中空腔，所述阴极和所述同轴波导间隔设在所述中空腔内，且所述阴极、所述阳极和所述同轴波导同轴；所述磁体系统环绕在所述阳极的外部；
所述同轴波导上设有沿轴向的第一通道和第二通道，所述同轴波导与所述阳极之间围成第三通道；所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道均为回转体结构且同轴；
所述阴极和所述阳极产生高压电场，所述磁体系统包括：
第一磁体，用于产生第一磁场；
第二磁体，用于产生第二磁场；
第三磁体，用于产生第三磁场；
通过高压电场、第一磁场、第二磁场和第三磁场的配合，将环形电子束导入第一通道、第二通道或第三通道，以对应产生第一波段、第二波段或第三波段的高功率微波。
在一个实施例中，所述同轴波导包括：设在同轴波导中心的第一导体、套设在所述第一导体外侧的第二导体以及套设在所述第二导体外侧的第三导体；
所述阴极与所述阳极之间形成输入通道；所述第一导体和所述第二导体之间围成所述第一通道，所述第二导体和所述第三导体之间围成所述第二通道，所述第三导体和所述阳极之间围成所述第三通道；
所述第一通道的上游、所述第二通道的上游和所述第三通道的上游通过一个电子束通道与所述输入通道相连，所述第一通道的下游、所述第二通道的下游和所述第三通道的下游通过对应的支撑杆与对应的输出波导相连。
在一个实施例中，所述第一磁体、所述第二磁体和所述第三磁体均采用螺线管线圈；
当所述第一磁体、所述第二磁体和所述第三磁体的电流之比为1：7.1：4.3时，环形电子束进入所述第一通道；
当所述第一磁体、所述第二磁体和所述第三磁体的电流之比为1：1：1时，环形电子束进入所述第二通道；
当所述第一磁体、所述第二磁体和所述第三磁体的电流之比为1：0.17：0.29时，环形电子束进入所述第三通道。
在一个实施例中，所述第一磁体、所述第二磁体和所述第三磁体沿所述阳极的轴向依次并列相邻分布。
在一个实施例中，所述第一磁体、所述第二磁体和所述第三磁体沿所述阳极轴向的长度之比是1：(0.4-0.6)：(1.1-1.3)。
在一个实施例中，所述支撑杆包括：与所述第一通道对应的第一支撑杆、与所述第二通道对应的第二支撑杆以及与所述第三通道对应的第三支撑杆；
所述第一支撑杆、所述第二支撑杆和所述第三支撑杆均包括：多个环形阵列间隔分布的支撑单元；
所述支撑单元的横截面为扇形，所述支撑单元的尖端设在对应通道的内径上，所述支撑单元的弧线端设在对应通道的外径上。
在一个实施例中，所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道均包括：高频结构和对应的收集极；
所述高频结构的上游位于对应通道的输入端，所述高频结构的下游与对应收集极的上游相连，所述收集极的下游位于对应通道的输出端；
所述高频结构用于产生和输出对应波段的高功率微波，所述收集极用于收集对应通道的环形强流电子束。
上述基于电子束路径电调节的跨三波段跳频高功率微波源，设置了不同的磁体，调节磁体系统中各个螺线管的通电电流大小，可以产生不同的磁场位形，从而调节不同的电子束路径，使得环形强流电子束进入不同的通道，并分别注入到三个不同波段的通道结构，在该波段的通道结构内电子束的部分动能将转化为该波段的微波能量，从而产生该波段的HPM，并输出三个不同波段的高功率微波，从而实现跨波段调频；本申请不需要复杂的机械调节高频结构，采用电调节的方式实现了跨三波段跳频，解决了现有技术中机械调节跨波段跳频HPM源存在的结构复杂、难以适用较高工作波段的问题，操作简便，不需要调节高电压；此外，本申请采用固定的高频结构设计，既适用于低波段的低频率HPM产生和输出，也适用X波段以上高频率HPM的产生和输出，可以实现任意组合的三个波段的高功率微波跳频产生和输出。
附图说明
图1为一个实施例中一种基于电子束路径电调节的跨三波段跳频高功率微波源的结构示意图；
图2为一个实施例中高功率微波源输出第一波段的原理示意图；
图3为一个实施例中高功率微波源输出第二波段的原理示意图；
图4为一个实施例中高功率微波源输出第三波段的原理示意图；
图5为一个实施例中高功率微波源输出Ka波段微波的仿真模型示意图；
图6为一个实施例中高功率微波源仿真模型输出Ka波段微波的频谱示意图；
图7为一个实施例中高功率微波源仿真模型输出Ka波段微波的功率示意图；
图8为一个实施例中高功率微波源输出Ku波段微波的仿真模型示意图；
图9为一个实施例中高功率微波源仿真模型输出Ku波段微波的频谱示意图；
图10为一个实施例中高功率微波源仿真模型输出Ku波段微波的功率示意图；
图11为一个实施例中高功率微波源输出X波段微波的仿真模型示意图；
图12为一个实施例中高功率微波源仿真模型输出X波段微波的频谱示意图；
图13为一个实施例中高功率微波源仿真模型输出X波段微波的功率示意图。
附图编号：
阴极1，阳极2，电子束通道3，第一电子通道3a，第二电子通道3b，第三电子通道3c，第一高频结构4a，第二高频结构4b，第三高频结构4c，第一收集极5a，第二收集极5b，第三收集极5c，第一输出波导6a，第二输出波导6b，第三输出波导6c，磁体系统7，第一磁体7a，第二磁体7b，第三磁体7c，第一支撑杆8a，第二支撑杆8b，第三支撑杆8c。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多组”的含义是至少两组，例如两组，三组等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
另外，本申请各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
如图1所示，本申请提供的一种基于电子束路径电调节的跨三波段跳频高功率微波源，在一个实施例中，包括：环形的阴极、环形的阳极、同轴波导以及磁体系统；
所述阴极、所述阳极和所述同轴波导均呈回转体结构；所述阳极上设有轴向的中空腔，所述阴极和所述同轴波导间隔设在所述中空腔内，且所述阴极、所述阳极和所述同轴波导同轴；所述磁体系统环绕在所述阳极的外部；
所述同轴波导上设有沿轴向的第一通道和第二通道，所述同轴波导与所述阳极之间围成第三通道；所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道均为回转体结构且同轴；
所述阴极和所述阳极产生高压电场，所述磁体系统包括：
第一磁体，用于产生第一磁场；
第二磁体，用于产生第二磁场；
第三磁体，用于产生第三磁场；
通过高压电场、第一磁场、第二磁场和第三磁场的配合，将环形电子束导入第一通道、第二通道或第三通道，以对应产生第一波段、第二波段或第三波段的高功率微波。
本实施例的工作原理为：环形的阴极1产生的环形强流电子束在磁体系统7产生的外加磁场的约束下沿着磁力线运动，沿着图1中的z方向，在一定磁场约束下，环形电子束的最大半径Rmax的沿着轴向z的变化趋势为：
其中，S0是初始时刻的电子束包络幅值，Ω2＝2πne2/m是等离子体频率，n是电子数密度，e是电子的电荷量，m是电子质量，γ是电子的相对论因子，B是磁感应强度。
从上式可以得出，当磁场随着z方向变强时，环形电子束的半径减小，当磁场随着z方向减弱时，环形电子束的半径增大，从而实现了电子束传输过程中的轨迹的调节。
在微波源工作时，在阴极和阳极之间施加高电压，产生高压电场；磁体系统采用三个独立通电的螺线管线圈组成，调节不同磁体(第一磁体、第二磁体、第三磁体)的各个螺线管线圈中的电流大小，使通流大小产生不同的组合，磁体系统产生三种不同的特定的磁场位形(第一磁场、第二磁场、第三磁场)；阴极产生的环形强流电子束的电子在电场和不同磁场的共同作用下，受到不同大小的安培力，沿着不同的轨迹运动，因此可以进入不同的通道(第一通道、第二通道、第三通道)，产生不同波段(第一波段、第二波段、第三波段)的高功率微波。
上述基于电子束路径电调节的跨三波段跳频高功率微波源，设置了不同的磁体，调节磁体系统中各个螺线管的通电电流大小，可以产生不同的磁场位形，从而调节不同的电子束路径，使得环形强流电子束进入不同的通道，并分别注入到三个不同波段的通道结构，在该波段的通道结构内电子束的部分动能将转化为该波段的微波能量，从而产生该波段的HPM，并输出三个不同波段的高功率微波，从而实现跨波段调频；本申请不需要复杂的机械调节高频结构，采用电调节的方式实现了跨三波段跳频，解决了现有技术中机械调节跨波段跳频HPM源存在的结构复杂、难以适用较高工作波段的问题，操作简便，不需要调节高电压；此外，本申请采用固定的高频结构设计，既适用于低波段的低频率HPM产生和输出，也适用X波段以上高频率HPM的产生和输出，可以实现任意组合的三个波段的高功率微波跳频产生和输出。
优选地，所述同轴波导包括：设在同轴波导中心的第一导体、套设在所述第一导体外侧的第二导体以及套设在所述第二导体外侧的第三导体；
所述阴极与所述阳极之间形成环形强流电子束的输入通道；所述第一导体和所述第二导体之间围成所述第一通道，所述第二导体和所述第三导体之间围成所述第二通道，所述第三导体和所述阳极之间围成所述第三通道；
所述第一通道的上游、所述第二通道的上游和所述第三通道的上游通过一个电子束通道与所述输入通道相连，所述第一通道的下游、所述第二通道的下游和所述第三通道的下游通过对应的支撑杆与对应的输出波导相连。
在本实施例中，环形强流电子束先后经过输入通道和电子束通道，然后进入第一通道、第二通道或第三通道，最后由输出波导输出。
电子束通道包括第一电子通道、第二电子通道和第三电子通道，第一电子通道连通输入通道和第一通道，第二电子通道连通输入通道和第二通道，第三电子通道连通输入通道和第三通道。第一电子通道、第二电子通道和第三电子通道的一个对应端(即连接输入通道的一端)有部分重叠。
进一步优选地，所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道均包括：高频结构和对应的收集极；
所述高频结构的上游位于对应通道的输入端，所述高频结构的下游与对应收集极的上游相连，所述收集极的下游位于对应通道的输出端；
所述高频结构用于产生对应波段的高功率微波，所述收集极用于收集对应通道的环形强流电子束。
其中，对应通道的输入端即第一通道、第二通道或第三通道的输入端，对应通道的输出端即第一通道、第二通道或第三通道的输出端。
在本实施例中，三个波段的高频结构、收集极和输出波导为套在一起的同轴圆波导结构，环形强流电子束在外加磁体系统产生的三种不同的外加磁场位形下，其电子束运动路径先后经过输入通道和调节通道，然后有三种情况：进入第一通道的高频结构，在该高频结构内电子束的部分动能转换为该高频结构所对应的第一波段的微波能量，然后电子束被第一通道的收集极收集，而高频结构内产生的第一波段的微波经过第一通道对应的输出波导输出；或进入第二通道的高频结构，在该高频结构内电子束的部分动能转换为该高频结构所对应的第二波段的微波能量，然后电子束被第二通道的收集极收集，而高频结构内产生的第二波段的微波经过第二通道对应的输出波导输出；或进入第三通道的高频结构，在该高频结构内电子束的部分动能转换为该高频结构所对应的第三波段的微波能量，然后电子束被第三通道的收集极收集，而高频结构内产生的第三波段的微波经过第三通道对应的输出波导输出。
在一个实施例中，所述支撑杆包括：与所述第一通道对应的第一支撑杆、与所述第二通道对应的第二支撑杆以及与所述第三通道对应的第三支撑杆；
所述第一支撑杆、所述第二支撑杆和所述第三支撑杆均包括：多个环形阵列间隔均匀分布的支撑单元；
所述支撑单元的横截面为扇形，所述支撑单元的尖端设在对应通道的内径上，所述支撑单元的弧线端设在对应通道的外径上。
在本实施例中，支撑杆实现了同轴波导与阳极的固定和支撑，第一导体与第二导体之间通过第一支撑杆连接固定，第二导体与第三导体之间通过第二支撑杆连接固定，第三导体与阳极之间通过第三支撑杆连接固定。
需要说明，阳极2、电子束路径调节通道3、高频结构4、收集极5、输出波导6和支撑杆8均由金属材料制成，彼此之间的连接和固定通过现有技术实现，比如：螺栓连接、焊接、粘接等，在此不再赘述。
在一个实施例中，基于电子束路径电调节的跨三波段跳频高功率微波源关于中心轴线(即OZ轴)旋转对称，包括：环形的阴极1、环形的阳极2、电子束通道3、高频结构4、收集极5、输出波导6、磁体系统7和支撑杆8。
电子束通道3包括第一电子通道3a、第二电子通道3b和第三电子通道3c。
高频结构4用于产生对应波段的高功率微波，包括：第一高频结构4a、第二高频结构4b和第三高频结构4c，这三个高频结构分别对应第一波段、第二波段和第三波段且共中心轴线；
收集极5用于收集对应通道的环形强流电子束，包括：第一收集极5a、第二收集极5b和第三收集极5c，这三个收集极分别对应第一波段、第二波段和第三波段且共中心轴线；
输出波导6用于输出对应波段产生的高功率微波，包括：第一输出波导6a、第二输出波导6b和第三输出波导6c，这三个输出波导分别对应第一波段、第二波段和第三波段且共中心轴线；
磁体系统7用于提供磁场，包括：第一磁体7a、第二磁体7b和第三磁体7c，这三个磁体分别对应第一波段、第二波段和第三波段且共中心轴线；
磁体系统均采用单根导线或多根导线串联方式绕制的通电螺线管线圈且在轴向紧密排列，第一磁体对应第一螺线管7a，第二磁体对应第二螺线管7b，第三磁体对应第三螺线管7c，第一磁体、第二磁体和第三磁体沿阳极的轴向依次并列相邻分布；
支撑杆8用于在结构上实现外导体(即阳极)和同轴波导(任意通道均包括高频结构、收集极和输出波导)之间的支撑，从而让同轴波导不悬空，包括：第一支撑杆8a、第二支撑杆8b和第三支撑杆8c，这三个支撑杆分别对应第一波段、第二波段和第三波段且共中心轴线。
三个波段的关系为：第一波段的频率高于第二波段的频率，第二波段的频率高于第三波段的频率。
其中：强流电子束阴极1的半径为R1，长度为L1；强流电子束阳极2的半径为R2；第一电子通道3a的宽度为L6，倾斜角度为θ2；第二电子通道为3b；第三电子通道3c的宽度为L2，倾斜角度为θ1；第一高频结构4a的同轴波导半径为R3，外导体半径为R4，R3的取值可以为0，此时相当于高频结构4a为无同轴波导的空心结构；第二高频结构4b的同轴波导半径为R5，外导体半径为R6；第三高频结构4c的同轴波导半径为R7，外导体半径为R8；第一磁体的通电螺线管7a的长度为L3，第二磁体的通电螺线管7b的长度为L4，第三磁体的通电螺线管7c的长度为L5，L4为L3的0.4到0.6倍，L5为L3的1.1到1.3倍，也就是说，第一磁体、第二磁体和第三磁体沿阳极轴向的长度之比是1：(0.4-0.6)：(1.1-1.3)；第一支撑杆8a的支撑单元的数量为8-15个，角弧度为4°-7°；第二支撑杆8b的支撑单元的数量为7-14个，角弧度为3°-6°；第三支撑杆8c的支撑单元的数量为6-13个，角弧度为2°-5°。
本实施例的工作原理为：在环形强流电子束阴极1和阳极2之间施加高电压，产生高压电场；对螺线管通电，并调节第一螺线管、第二螺线管和第三螺线管的电流大小；
当第一磁体、第二磁体和第三磁体的电流之比为1：7.1：4.3时，产生第一磁场位形；在电场以及第一磁场的共同作用下，环形电子束阴极1产生的环形电子束，经过电子束路径调节通道3后进入第一高频结构4a，并随着第一磁场位形轰击到第一收集极5a，然后产生第一波段的高功率微波，并经过第一支撑杆到达第一输出波导，最后输出；如图2所示；
当第一磁体、第二磁体和第三磁体的电流之比为1：1：1时，产生第二磁场位形；在电场以及第二磁场的共同作用下，环形电子束阴极1产生的环形电子束，经过电子束路径调节通道3后平直地进入第二高频结构4b，并随着第一磁场位形轰击到第二收集极5b，然后产生第二波段的高功率微波，并经过第二支撑杆到达第二输出波导6b，最后输出；如图3所示；
当第一磁体、第二磁体和第三磁体的电流之比为1：0.17：0.29时，产生第三磁场位形；在电场以及第三磁场的共同作用下，环形电子束阴极1产生的环形电子束，经过电子束路径调节通道3后进入第三高频结构4c，并随着第一磁场位形轰击到第三收集极5c，然后产生第三波段的高功率微波，并经过第三支撑杆到达第三输出波导6c，最后输出；如图4所示。
在一个具体的实施例中，基于电子束路径电调节的跨三波段跳频高功率微波源的结构参数为：R1＝56mm，R2＝73mm，R3＝20mm，R4＝25mm，R5＝53mm，R6＝63mm，R7＝79mm，R8＝91mm，L1＝15mm，L2＝8mm，L3＝250mm，L4＝120mm，L5＝180mm；第一支撑杆8a角向均匀分布12个支撑单元，角向角度为5度，第二支撑杆8b角向均匀分布10个支撑单元，角向角度为4度，第三支撑杆8c角向均匀分布9个支撑单元，角向角度为3度；环形强流电子束阴极1选用碳基材料，例如石墨材料，阳极2、电子束路径调节通道3、高频结构4、收集极5、输出波导6和支撑杆8都是金属材料，例如钛合金或者不锈钢材料，磁体系统7由铜线以螺线管的方式绕制。
当环形强流电子束阴极1和阳极2之间的电压为500kV，第一螺线管7a的通流电流为110A，第二螺线管7b的通流电流为800A，第三螺线管7c的通流电流为500A，HPM源产生和输出31GHz、Ka波段(第一波段)的600兆瓦微波功率；该HPM源仿真模型如图5所示，其输出微波的频谱如图6所示，输出微波的功率如图7所示；
当环形强流电子束阴极1和阳极2之间的电压为500kV，第一螺线管7a所通过的电流为700A，第二螺线管7b的通流电流为700A，第三螺线管7c的通流电流为700A，HPM源产生和输出15GHz、Ku波段(第二波段)的1000兆瓦微波功率；该HPM源仿真模型如图8所示，其输出微波的频谱如图9所示，输出微波的功率如图10所示；
当环形强流电子束阴极1和阳极2之间的电压为500kV，第一螺线管7a所通过的电流为1280A，第二螺线管7b的通流电流为160A，第三螺线管7c的通流电流为290A，HPM源产生和输出9GHz、X波段(第三波段)的1200兆瓦微波功率；该HPM源仿真模型如图11所示，其输出微波的频谱如图12所示，输出微波的功率如图13所示。
本实施例实现了跨Ka波段、Ku波段和X波段的跳频高功率微波源，可以产生和输出低波段和X波段以上的高频率HPM，能够应用在结构复杂的环境中，适应度广。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于电子束路径电调节的跨三波段跳频高功率微波源，其特征在于，包括：阴极、阳极、同轴波导以及磁体系统；
所述阴极、所述阳极和所述同轴波导均呈回转体结构；所述阳极上设有轴向的中空腔，所述阴极和所述同轴波导间隔设在所述中空腔内，且所述阴极、所述阳极和所述同轴波导同轴；所述磁体系统环绕在所述阳极的外部；
所述同轴波导上设有沿轴向的第一通道和第二通道，所述同轴波导与所述阳极之间围成第三通道；所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道均为回转体结构且同轴；
所述同轴波导包括：设在同轴波导中心的第一导体、套设在所述第一导体外侧的第二导体以及套设在所述第二导体外侧的第三导体；
所述阴极与所述阳极之间形成输入通道；所述第一导体和所述第二导体之间围成所述第一通道，所述第二导体和所述第三导体之间围成所述第二通道，所述第三导体和所述阳极之间围成所述第三通道；
所述阴极和所述阳极产生高压电场，所述磁体系统包括：
第一磁体，用于产生第一磁场；
第二磁体，用于产生第二磁场；
第三磁体，用于产生第三磁场；
所述第一磁体、所述第二磁体和所述第三磁体均采用螺线管线圈；
当所述第一磁体、所述第二磁体和所述第三磁体的电流之比为1：7.1：4.3时，环形电子束进入所述第一通道；当所述第一磁体、所述第二磁体和所述第三磁体的电流之比为1：1：1时，环形电子束进入所述第二通道；当所述第一磁体、所述第二磁体和所述第三磁体的电流之比为1：0.17：0.29时，环形电子束进入所述第三通道；
通过高压电场、第一磁场、第二磁场和第三磁场的配合，将环形电子束导入第一通道、第二通道或第三通道，以对应产生第一波段、第二波段或第三波段的高功率微波；三个波段的关系为：第一波段的频率高于第二波段的频率，第二波段的频率高于第三波段的频率。
2.根据权利要求1所述的基于电子束路径电调节的跨三波段跳频高功率微波源，其特征在于，所述第一通道的上游、所述第二通道的上游和所述第三通道的上游通过一个电子束通道与所述输入通道相连，所述第一通道的下游、所述第二通道的下游和所述第三通道的下游通过对应的支撑杆与对应的输出波导相连。
3.根据权利要求1或2所述的基于电子束路径电调节的跨三波段跳频高功率微波源，其特征在于，所述第一磁体、所述第二磁体和所述第三磁体沿所述阳极的轴向依次并列相邻分布。
4.根据权利要求3所述的基于电子束路径电调节的跨三波段跳频高功率微波源，其特征在于，所述第一磁体、所述第二磁体和所述第三磁体沿所述阳极轴向的长度之比是1：（0.4-0.6）：（1.1-1.3）。
5.根据权利要求2所述的基于电子束路径电调节的跨三波段跳频高功率微波源，其特征在于，所述支撑杆包括：与所述第一通道对应的第一支撑杆、与所述第二通道对应的第二支撑杆以及与所述第三通道对应的第三支撑杆；
所述第一支撑杆、所述第二支撑杆和所述第三支撑杆均包括：多个环形阵列间隔分布的支撑单元；
所述支撑单元的横截面为扇形，所述支撑单元的尖端设在对应通道的内径上，所述支撑单元的弧线端设在对应通道的外径上。
6.根据权利要求1或2所述的基于电子束路径电调节的跨三波段跳频高功率微波源，其特征在于，所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道均包括：高频结构和对应的收集极；
所述高频结构的上游位于对应通道的输入端，所述高频结构的下游与对应收集极的上游相连，所述收集极的下游位于对应通道的输出端；
所述高频结构用于产生和输出对应波段的高功率微波，所述收集极用于收集对应通道的环形强流电子束。
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