CN115172120B - 一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微波技术领域的微波源器件，尤其是一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器，高频结构采用内外电磁结构，外部电磁结构用于实现Ku波段高功率微波输出，内部电磁结构用于实现C、X波段高功率微波输出。其中，外部电磁结构是一种基于渡越辐射的相对论速调管振荡器，内部电磁结构是一种基于磁场调谐的跨C、X双波段的跳频切伦科夫振荡器。本发明可以克服现有跳频器件的调节带宽窄、跨波段范围较小、输出微波波段数量少等不足，具有调节方式简单、调节范围宽、可跨多波段、束‑波互作用效率高等优点。

Description

一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器

技术领域

本发明涉及微波技术领域的微波源器件，尤其是一种基于磁场调谐的三波段(C/X/Ku)跳频高功率微波发生器。

背景技术

高功率微波(High-Power Microwave，HPM)的定义一般是指频率范围处于1GHz～300GHz且峰值功率大于100MW的电磁波。HPM源是指HPM系统的关键器件，其通过束-波相互作用实现HPM的产生。近年来，脉冲功率技术和等离子体技术的快速发展，推动了高功率微波源技术的研究。

频率可调谐是HPM技术的一个新的研究方向，其根据作用目标的不同，通过在线调谐微波频率以增强微波对目标的作用效果，在工业和国防领域具有重要的应用价值。目前HPM源的频率调节机制分为机械调谐和电调谐。机械调谐是指改变HPM源的电动力学结构以改变器件的电磁边界条件实现微波的频率调节，调节方式复杂。电调谐指改变HPM系统的电参数，如电压、电流、导引磁场等，实现跨波段跳频，调节方式简单。同轴渡越时间振荡器具有高功率，结构简单，模式单一，功率容量高等优点，在频率可调谐方面的研究具有巨大潜力。同时，相对论切伦科夫振荡器(Relativistic Cerenkov Oscillator,RCO)是一种基于切伦科夫辐射产生微波的HPM发生器，该类器件具有高效率、高功率、长脉冲和重频运行等优点，受到广泛关注。

频率可调谐高功率微波源研究方面，国内外主要开展了以下几个方面研究工作：

1997年，美国新墨西哥州大学的Edl Schamiloglu等人研制了一种X波段机械跳频RBWO【E.Schamiloglu,C.T.Abdallah,G.T.Park,and V.S.Souvalian.Implementation ofa Frequency-agile,High Power Backward Wave Osillator[C].Proc.IEEE,1997:742.】。(下文简称为现有技术1，如图1所示)。为了叙述的方便，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。该结构由阴极座、阴极、阳极外筒、截止颈、漂移段、空心慢波结构、反射段、微波输出口、螺线管磁场组成，整个结构关于中心轴线旋转对称。阴极座左端外接脉冲功率源的内导体，阳极外筒左端外接脉冲功率源的外导体。阴极是一个薄壁圆筒，圆筒壁的厚度仅为0.1mm，外半径R₁等于电子束的半径，嵌套在阴极座右端。截止颈呈圆环状，内半径为R₂，R₂>R₁。截止颈与空心慢波结构之间是漂移段，是一个内半径为R₄，长度为L₂的圆环形结构。空心慢波结构由9个梯形慢波叶片组成。左侧八个慢波叶片完全相同，左侧慢波叶片的最大外半径R₄、最小内半径R₅与右侧慢波叶片的最小内半径R₁₃满足R₄>R₁₃>R₅。九个慢波叶片的周期相同，均为L₁，约为工作波长λ的二分之一。反射腔介于空心慢波结构与微波输出口之间，是一个半径为R₄、长度为L₅的圆环形结构。微波输出口呈圆台形，圆台左端面半径为R₄，右端面半径为R₆。在该器件运行中，阴极产生的相对论电子束与空心慢波结构决定的TM₀₁模式的电磁波进行束-波相互作用，产生的高功率微波从微波输出口输出。实验中，通过调节截止颈到空心慢波结构的距离L₂、空心慢波结构到反射段的距离L₅，得到了半功率点处频率调谐带宽约5％、中心频率9.5GHz的结果。该方案通过同时调节漂移段的长度L₂、反射段的长度L₅实现对工作频率调节，空心慢波结构等部件需要沿轴向前后移动，调节方式复杂；只在X波段(对应一个工作模式)实现调谐带宽约5％的频率调节，无法实现跨波段调节，调节范围较窄。

2016年，国防科技大学葛行军等人申请的发明专利“一种X、Ku波段可调高功率微波源”(ZL 201610033561.0)。(下文简称为现有技术2，如图2所示)。该结构由阴极座、阴极、阳极外筒、截止颈、前置反射腔、慢波结构、内导体、收集极、微波输出口、螺线管磁场、支撑杆组成，整个结构关于中心轴线旋转对称。阴极座左端外接脉冲功率源的内导体，阳极外筒左端外接脉冲功率源的外导体。阴极是一个薄壁圆筒，壁厚仅为0.1mm，外半径R₁等于电子束的半径，套在阴极座右端。截止颈呈圆环状，内半径为R₂，R₂>R₁。前置反射腔呈圆环状，内半径等于截止颈内半径R₂，外半径R₇满足R₇>R₂。慢波结构由九个矩形慢波叶片组成，最大外半径R₄与最小内半径R₅满足R₄>R₅>R₂，矩形结构的长度L₁约为工作波长λ的二分之一。截止颈、前置反射腔和慢波结构从阳极外筒的右侧，沿轴向、紧贴阳极外筒的内壁，依次嵌入阳极外筒并固定。内导体是一个半径为R₃的圆柱体，通过右端的外螺纹与收集极相连。内导体长度L₆的变化对工作频率会产生影响，通过调节L₆，可以实现输出微波频率跨X、Ku波段可调，并且在每个波段内还有一定的调节带宽。收集极为圆柱状，左端面距离最后一个慢波叶片的距离为L₇。在左端面挖有“L”形，“L”形的半径R₁₀、R₁₁、R₁₄根据阴极的内半径R₁和磁场位形来选取，满足R₁₄>R₁₀>R₁>R₁₁，“L”形的两段长度L₈、L₉均约等于工作波长λ。在左端面的中心部分车出外半径为R₃的内螺纹，与内导体右端的的外螺纹相连。收集极与阳极外筒之间的圆环空间为微波输出口。收集极通过支撑杆固定在所述阳极外筒的内壁上。支撑杆共有两排，第一排支撑杆位于距离收集极左端面距离为L₁₀的位置；第二排支撑杆与第一排支撑杆之间的距离L₁₁约为工作波长的四分之一。仿真中：当内导体长度L₆在0-8.4cm范围内改变时，微波频率在10.55-10.64GHz(X波段)范围内可调，3dB调谐带宽约1％，输出微波功率的最大值大于2GW；内导体长度L₆在8.5-11.7cm范围内改变时，微波频率在12.51-12.62GHz(Ku波段)范围内可调，3dB调谐带宽约1％，输出微波功率的最大值大于2GW。该方案通过调节内导体长度L₆实现了跨X、Ku波段跳频，但由于两个波段共用同一个慢波结构，区别只在于有无内导体，因此频率依赖关系明显，两个波段之间的频率间隔较小，无法实现跨波段大间隔频率可调。因此，该方案通常应用在频率间隔较小的相邻波段。

2018年，国防科技大学葛行军等人申请的发明专利“一种跨X、Ka波段频率可调相对论返波振荡器”(ZL 201811057701.3)。(下文简称为现有技术3，如图3所示)。该结构由内外两套电磁结构组成，外部电磁结构包括外阴极座、外阴极、阳极外筒、外截止颈、第一外慢波结构、第二外慢波结构、隔离段、内导体、外调制腔、提取腔、外锥形波导、外微波输出口、第一支撑杆、第二支撑杆、螺线管磁场组成；内部电磁结构包括内阴极座、内阴极、阳极内筒、内截止颈、前置反射腔、第一内慢波结构、第二内慢波结构、内调制腔、内锥形波导、内微波输出口组成。整个结构关于中心轴线旋转对称。外阴极是一个薄壁圆筒，套在外阴极座右端，壁厚仅为0.1mm，半径R₁等于外电子束的半径。外截止颈呈圆环状，其内半径R₂>R₁，外慢波结构包括第一外慢波结构、第二外慢波结构，由8个相同的慢波叶片组成，第一外慢波结构由3个慢波叶片组成，第二外慢波结构由5个慢波叶片组成，每个慢波叶片的内表面均是矩形结构，外半径为R₄，内半径为R₅，满足R₄>R₅>R₁。慢波叶片长度L₁一般取值为工作波长λ₁的0.2-0.4倍。外调制腔为圆环状，在第一外慢波结构、第二外慢波结构之间，半径R₁₄大于慢波结构慢波叶片外半径R₄，宽度L₉为工作波长λ₁的0.9-1.3倍。提取腔为圆环状，在第二外慢波结构之后，提取腔的内半径R₁₇和外半径R₈满足R₈>R₁₄>R₅，长度L₄一般取值为工作波长λ₁的0.3-0.5倍。外锥形波导的左侧内半径为R₁₇，右侧内半径为R₆，长度为L₁₂，L₁₂一般取值为工作波长λ₁的1.5-2.5倍，接在提取腔之后。隔离段为外半径为R₁₆，内半径为R₁₅，长度L₁₄的圆环。内导体是外半径为R₃的圆筒，左端与外截止颈的右端平齐，通过螺纹与隔离段相连，右端通过第一支撑杆和第二支撑杆固定在阳极外筒的内壁上。内导体与阳极外筒之间围成的圆环空间为外微波输出口。第一支撑杆位于与锥形波导右侧端点距离为L₁₃的位置处，L₁₃为工作波长λ₁的1至2倍。第二支撑杆与第一支撑杆之间的距离为L₁₁，L₁₁为工作波长λ₁的0.1至0.3倍。内阴极是一个0.1mm厚的薄壁圆筒，套在内阴极座右端，半径R_1’等于内电子束的半径。内截止颈呈圆盘状，内截止颈内半径R_2’>R_1’。前置反射腔呈圆环状，内半径等于截止颈内半径R_2’，外半径R₇满足R₇>R₂′，宽L₃为工作波长λ₂的0.4至0.6倍。内慢波结构包括第一内慢波结构和第二内慢波结构，由14个相同的慢波叶片组成，第一段内慢波结构由5个慢波叶片组成，第二段内慢波结构由9个慢波叶片组成，每个慢波叶片的内表面均是矩形结构，外半径为R_4’，内半径为R_5’，满足R_4’>R_5’>R_1’，慢波叶片长度L_1’一般取值为工作波长λ₁的0.3-0.4倍。在第一内慢波结构505b1、第二内慢波结构之间设置有1个形状为圆环状的内调制腔，其半径R_14’大于内慢波结构慢波叶片外半径R_4’，宽度L_9’为工作波长λ₂的1至2倍。第二内慢波结构后接内锥形波导，内锥形波导的左侧内半径为R_17’，右侧内半径为R_6’，长度为L_12’，L_12’一般取值为工作波长λ₂的5-6倍。阳极内筒与内导体之间围成的圆环空间为内微波输出口。调节外阴极长度，使外阴极右端至外截止颈左端的距离在2cm～3cm范围，发射强流相对论电子束，在磁场的导引下向同轴慢波作用区传输，在同轴慢波作用区内，电子束与同轴准TEM模式发生束-波作用，把能量交给微波场，激励起X波段的高功率微波振荡；调节内阴极长度，使内阴极右端至内截止颈左端的距离在1cm～2cm范围，发射强流相对论电子束；电子束在磁场的导引下向空心慢波作用区传输；在空心慢波作用区内，电子束与空心TM₀₁模式发生束-波作用，把能量交给微波场，激励起Ka波段的高功率微波振荡。该方案仅调节内外阴极的长度，可以实现跨X、Ka两个波段微波输出，但是跨波段数量少，仅能实现双波段微波输出。

2020年，国防科技大学葛行军等人申请的发明专利“一种频率在C、X波段转换的切伦科夫微波发生器”(ZL 202010432988.4)。(下文简称为现有技术4，如图4所示)。该结构由阴极座、阴极、阳极外筒、截止颈、C波段慢波结构、漂移段、X波段慢波结构和微波输出口组成，整个结构关于中心轴线旋转对称。该技术螺线管磁场内设置有C波段慢波结构、漂移段和X波段慢波结构，阴极座的出口端与阴极的入口端连接，阴极的出口端套装设置在阳极外筒的进口端，阳极外筒的出口端与截止颈的进口端连接，截止颈的出口端与C波段慢波结构的进口端连接，C波段慢波结构的出口端与漂移段的进口端连接，漂移段的出口端与X波段慢波结构的进口端连接，X波段慢波结构的出口端与所述微波输出口连接。阴极座左端外接脉冲功率驱动源的内导体，阴极为薄壁圆筒状阴极，阴极半径等于电子束的半径。慢波结构包括经漂移段隔离的第一慢波结构、第二慢波结构两段，由10个慢波叶片组成，第一慢波结构由4个慢波叶片组成，第二慢波结构由6个慢波叶片组成，每个慢波叶片的内表面均是矩形结构，在C波段慢波结构中，除第一慢波叶片的周期长度为2.8cm外，其余慢波叶片的周期长度均为2.6cm，在X波段慢波结构中，除第五、第七慢波叶片的周期长度为1.3cm外，其余慢波叶片的周期长度均为1.2cm。该方案通过给螺线管磁场电流一个参数，即可改变产生磁场的位形和幅值，实现器件工作状态在C、X波段之间转换。粒子模拟中，通过调节导引磁场为1.5T，C波段输出微波最高功率1.5GW，束-波作用效率30％，调节导引磁场为0.7T，X波段输出微波最高功率2.1GW，束-波作用效率42％。该方案仅改变螺线管磁场电流一个电参数，即可实现跨C、X两个波段微波输出，但跨波段数量少，仅实现双波段微波输出。

分析上述研究现状不难看出，尽管频率调谐RBWO的研究取得了较大进展，但存在调节带宽较窄、跨波段范围较小、跨波段数量少的问题，通常仅能实现临近的双波段调节。

因此，亟需研究一种调节范围大(跨波段可调)、跨波段数量多(3个波段)的基于电调谐的频率可调高功率微波发生器，其技术方案尚未有公开报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器。首先，高频结构采用内外电磁结构，外部电磁结构用于实现Ku波段高功率微波输出，内部电磁结构用于实现C、X波段高功率微波输出。其中，外部电磁结构是一种基于渡越辐射的相对论速调管振荡器，内部电磁结构是一种基于磁场调谐的跨C、X双波段的跳频切伦科夫振荡器。其次，采用组合线圈实现梯度磁场，约束并导引电子束分时传输至内、外电磁结构。器件工作时，当组合线圈导引电子束传输至外部电磁结构时，实现Ku波段高功率微波输出；当组合线圈导引电子束传输至内部电磁结构时，可以通过改变磁场大小实现C、X波段高功率微波分时输出。本发明可以克服现有跳频器件的调节带宽窄(波段内调节)、跨波段范围较小(临近两个波段)、输出微波波段数量少(双波段)等不足，具有调节方式简单、调节范围宽、可跨多波段(三波段)、束-波互作用效率高等优点。

本发明的技术方案是：

本发明设计了一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器，由内外两套电磁结构组成：内部电磁结构和外部电磁结构，内部电磁结构包括阴极座601a、阴极602a、内截止颈604a、内前置反射腔605a、内第一漂移段606a、C波段慢波结构607a、内第二漂移段608a、X波段慢波结构609a、内第三漂移段610a、内后置反射腔611a、内反射调节环612a、内微波输出波导613a、内导体612组成；外部电磁结构包括阳极外筒601b、第一过渡腔602b、第二过渡腔603b、外截止颈604b、外反射腔内腔605b₁、外反射腔外腔605b₂、外漂移段606b、群聚腔内腔607b₁、群聚腔外腔607b₂、外连接段608b、第一提取腔内腔609b₁、第一提取腔外腔609b₃、第二提取腔内腔609b₂、第二提取腔外腔609b₄、外收集极610b、外微波输出波导611b、支撑杆612b、环形短路面613b、第一螺线管磁场613、第二螺线管磁场614、第三螺线管磁场615组成。整个结构关于中心轴线旋转对称。导引磁场通过改变螺线圈内导线电流即可改变。

阴极602a是一个薄壁圆筒，套在阴极座601a右端，壁厚为1mm，半径为R_1’；阳极外筒601b的内表面均具有不规则波纹，内导体612的内外表面均具有不规则波纹，阳极外筒601b的内表面和内导体612的外表面共同构成外部电磁结构，内导体612的内表面构成内部电磁结构。

内截止颈604a是在内导体口部挖出的一个半径为R_2’的圆柱形空腔，长度L₁ ^’具体尺寸需要根据C波段工作波长λ_C优化设计。内前置反射腔605a是一内半径为R_2’，外半径为R_3’的圆环状空腔，长度L_2’一般取值为C波段工作波长λ_C的0.4-0.6倍；内第一漂移段606a为一个半径为R_4’、长度为L_3’的圆柱形空腔，长度为L_3’一般取值为C波段工作波长λ_C的0.7-1倍；C波段慢波结构607a由三个相同的慢波叶片组成，慢波叶片为一凹一凸的台阶结构，凹陷部分的半径为R_5’，凸起部分的半径为R_6’，慢波叶片周期L_4’一般取值为C波段工作波长λ_C的0.2-0.4倍；X波段慢波结构609a由四个相同的慢波叶片组成，慢波叶片为一凹一凸的台阶结构，凹陷部分的半径为R_8’，凸起部分的半径为R_7’，慢波叶片周期L_5’一般取值为X波段工作波长λ_X的0.2-0.4倍；内第二漂移段608a位于C波段慢波结构607a和X波段慢波结构609a之间，为一段半径为R_9’、长L_6’的圆柱形空腔，长度L_6’具体尺寸需要根据工作波长优化设计；内第三漂移段610a紧邻X波段慢波结构609a，为一段半径为R_10’、长度L_7’的圆柱形空腔，长度L_7’具体尺寸需要根据X波段工作波长λ_X优化设计；内后置反射腔611a是一个内半径为R_10’，外半径R_11’的圆环状空腔，长度L_8’具体尺寸需要根据X波段工作波长λ_X优化设计；内反射调节环612a紧邻内后置反射腔611a，为一段半径为R_10’、长度L_9’的圆柱形空腔，长度L_9’具体尺寸需要根据X波段工作波长λ_X优化设计；内微波输出波导613a为一段半径为R_12’、长L_10’的圆柱形空腔，长度L_10’一般取值为C波段工作波长λ_C的1-1.5倍。内微波输出波导613a的右端接模式转换器和天线，可参照不同波长和应用场景的要求，根据通用的模式转换器和天线设计方法设计可得，由于是通用方法，不存在技术秘密。

第一过渡腔602b是一个内半径为R₂，外半径为R₁的圆环状空腔，用来减小区域最大场强，长度L₂通常取值为3mm～7mm；第二过渡腔603b紧邻第一过渡腔，是一个内外边缘均为弧形的圆环状空腔，其使用共形设计以减小电子束在势能上的变化，内边缘半径与轴向距离Z的近似函数为R＝1.006×sin(0.9747Z-0.4696)+0.582×sin(1.751Z+1.253)+0.1799×sin(2.286-3.468)-0.3，开始半径为R₂，结束半径为R₃，长度为L₃，外边缘半径与轴向距离Z的近似函数为R＝1.006×sin(0.9747Z-0.4696)+0.582×sin(1.751Z+1.253)+0.1799×sin(2.286-3.468)+0.3，开始半径为R₁，结束半径为R₄，长度为L₁，L₁、L₂具体尺寸需要根据Ku波段工作波长λ_Ku优化设计；外截止颈604b是在紧邻第二过渡腔603b处挖出的一个内半径为R₃，外半径为R₄的圆环状空腔，长度L₄一般取值为Ku波段工作波长λ_Ku的0.4-0.8倍；外反射腔外腔605b₂是一个位于阳极外筒上的内半径为R₁₀，外半径为R₆的圆环状空腔，长度L₅一般取值为Ku波段工作波长λ_Ku的0.4-0.5倍；外反射腔内腔605b₁位于内导体上，与外反射腔外腔605b₂对应，是一个内半径为R₅，外半径为R₉的圆环状空腔，长度与外反射腔外腔605b₂相同。外漂移段606b是一个内半径为R₉，外半径为R₁₀的圆环状空腔，长度L₆一般取值为Ku波段工作波长λ_Ku的0.7-1倍；群聚腔外腔607b₂位于阳极外筒上，由三个相同的圆环状空腔组成，每个圆环状空腔的内半径为R₁₀，外半径为R₈，长度L₇与Ku波段工作波长λ_Ku的关系为L₇<λ_Ku/2，两个圆环状空腔之间的间隔L₈一般取值为1mm～10mm；群聚腔内腔607b₁位于内导体上，也由三个相同的圆环状空腔组成，与群聚腔外腔607b₂的三个圆环状空腔一一对应，每个圆环状空腔的内半径为R₇，外半径为R₉，长度为L₇，两个圆环状空腔之间的间隔为L₈；外连接段608b在群聚腔内腔607b₁和第一提取腔内腔609b₁之间，是一个内半径为R₉，外半径为R₁₀的圆环状空腔，长度L₉需要根据Ku波段工作波长λ_Ku优化设计；第一提取腔外腔609b₃和第二提取腔外腔609b₄位于阳极外筒上，两提取腔外腔均为圆环状空腔，内半径均为R₁₀，外半径均为R₁₂，第一提取腔外腔609b₃宽度为L₁₀，第二提取腔外腔609b₄宽度为L₁₁，满足L₁₀>L₁₁，长度L₁₀、L₁₁需要根据Ku波段工作波长λ_Ku优化设计，两提取腔间的间隔L₁₂取值为1mm～15mm；第一提取腔内腔609b₁和第二提取腔内腔609b₂位于内导体上，两提取腔内腔分别与第一提取腔外腔609b₃、第二提取腔外腔609b₄一一对应，均为圆环状空腔，内半径均为R₁₁，外半径均为R₉，第一提取腔内腔609b₁宽度为L₁₀，第二提取腔内腔609b₂宽度为L₁₁，两提取腔间的间隔为L₁₂；外收集极610b位于内导体上，是一个横截面为直角梯形的圆环状空腔，内半径为R₁₃，外半径为R₁₄，上底边长度L₁₄、下底边长度L₁₃通常取值为20mm～50mm；外微波输出波导611b前半部分是一个横截面为直角梯形的圆环状空腔，上底边内半径为R₁₆，外半径为R₁₂，下底边内半径为R₁₆，外半径为R₁₅，高为L₁₉，L₁₉具体尺寸需要根据Ku波段工作波长λ_Ku优化设计，后半部分为内半径为R₁₆，外半径为R₁₅的圆环状空腔，长度L₁₅应保证右端与内微波输出波导613a齐平；外微波输出波导611b内部距离第二提取腔外腔609b₄的L₁₇处有一环形短路面613b，呈圆环状，内半径为R₁₆，外半径为R₁₇，长度为L₁₆，长度L₁₆、L₁₇具体尺寸需要根据Ku波段工作波长λ_Ku优化设计；支撑杆612b用于将内导体612支撑起来，支撑杆612b与环形短路平台613b的距离为L₁₈，长度L₁₈一般取值为Ku波段工作波长λ_Ku的1-2倍；外微波输出波导611b的右端接模式转换器和天线，可参照不同波长和应用场景的要求，根据通用的模式转换器和天线设计方法设计可得，由于是通用方法，不存在技术秘密。第一螺线管磁场613、第二螺线管磁场614、第三螺线管磁场615套在阳极外筒601b的外壁上。

本发明的工作过程如下：

1)C、X波段微波产生：第一螺线管磁场613和第三螺线管磁场615通大小不同、方向相同的电流，产生均匀外加轴向磁场。当阴极发射强流相对论电子束时，电子束在外加导引磁场作用下向C、X波段慢波结构区域传输。在慢波结构区域，电子束和空心TM₀₁模同步发生束-波相互作用，把能量交给微波场，产生HPM。由于回旋共振吸收效应，当导引磁场大小分别为1.56T和0.66T时，电子束分别与C、X波段慢波结构发生切伦科夫辐射产生C波段、X波段HPM；

2)Ku波段微波产生：第一螺线管磁场613和第二螺线管磁场614同时通大小不同、方向相同的电流，产生梯度引导磁场。当阴极发射强流相对论电子束时，电子束在引导磁场的作用下进行径向漂移，进入外部电磁结构区域传输。当引导磁场为0.5T时，电子束在群聚腔区域和同轴TM₀₁模发生束-波相互作用，把能量交给微波场，产生HPM。

与现有技术相比，采用本发明可达到以下技术效果：

1、本发明提供的基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器，对于内部电磁结构，同时给第一螺线管磁场613和第三螺线管磁场615通大小不同、方向相同的电流，当引导磁场大小分别为1.56T和0.66T，使器件分别工作在C波段慢波结构的空心TM₀₁模的π模(对应电场分布见图7)和X波段慢波结构的空心TM₀₁模的π模(对应电场分布见图8)状态，实现微波频率在C、X波段之间可调；对于外部电磁结构，同时第一螺线管磁场613和第二螺线管磁场614通大小不同、方向相同的电流，产生梯度引导磁场，从而引导阴极发出的强流相对论电子束到达外部电磁结构并进行传输，使器件工作在Ku波段群聚腔结构的同轴TM₀₁模的π/2模(对应电场分布见图9)状态，实现Ku波段高功率微波的输出。该技术方案可以推广到其它波段，实现更大间隔的跨波段频率调节。

2、调节方式简单。通过电调谐的方式即可实现跨波段跳频的三波段微波输出，在保持内外部电磁结构参数不变的情况下，仅改变通向组合螺线管磁场的电流大小和二极管电压，无需操作复杂的机械调节系统，即可成功得到工作于不同频点、不同波段下的微波输出，实现跨波段跳频的目的，增大单个跳频器件微波波段数量，极大拓宽器件的应用场景。

3、调节范围大。三个工作频点分别属于不同波段(C波段、X波段和Ku波段)，工作频率可在不同波段之间转换，跨波段进行调节，在实际应用中可便捷地作用于不同频段的目标。

4、束-波互作用效率高。通过合理设计电磁结构，可实现三波段的跳频高功率微波输出，且仿真效率均高于30％。粒子模拟中得到三个工作频点下束—波作用效率均超过30％的结果。

具体请参考根据本发明的基于磁场调谐的跨三波段高功率微波器件提出的各种实施例的如下描述，将使得本发明的上述和其它方面显而易见。

附图说明

图1为背景介绍中现有技术1公开的X波段机械跳频RBWO的结构示意图；

图2为背景介绍中现有技术2公开的一种X、Ku波段可调高功率微波源的结构示意图；

图3为背景介绍中现有技术3公开的一种跨X、Ka波段频率可调相对论返波振荡器的结构示意图；

图4为背景介绍中现有技术4公开的一种频率在C、X波段转换的切伦科夫微波发生器的结构示意图；

图5为本发明提供的一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器优选实施例的A-A剖视图；

图6为本发明提供的一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器优选实施例的A-A剖视立体示意图；

图7为本发明提供的一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器优选实施例的C波段慢波结构TM₀₁模的π模的电场分布图(对应C波段)；

图8为本发明提供的一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器优选实施例的X波段慢波结构TM₀₁模的π模的电场分布图(对应X波段)；

图9为本发明提供的一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器优选实施例的Ku波段群聚腔结构准TEM模的π/2模的电场分布图(对应Ku波段)；

图10为本发明提供的一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器优选实施例的ku波段的引导磁场在电子束传输通道(68mm)处的轴向磁场强度和径向磁场强度分布图；

图11为本发明提供的一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器优选实施例的ku波段工作时的微波输出功率；

图12为本发明提供的一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器优选实施例的ku波段的微波输出频率；

图13为本发明提供的一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器优选实施例的C波段的引导磁场在电子束传输通道(32mm)处的轴向磁场强度和径向磁场强度分布图；

图14为本发明提供的一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器优选实施例的C波段工作时的微波输出功率；

图15为本发明提供的一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器优选实施例的C波段的微波输出频率；

图16为本发明提供的一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器优选实施例的X波段的引导磁场在电子束传输通道(32mm)处的轴向磁场强度和径向磁场强度分布图；

图17为本发明提供的一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器优选实施例的X波段工作时的微波输出功率；

图18为本发明提供的一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器优选实施例的X波段的微波输出频率；

图19为本发明提供的一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器优选实施例的C波段的工作效率随轴向引导磁场大小的变化；

图20为本发明提供的一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器优选实施例的X波段的工作效率随轴向引导磁场大小的变化；

图21为本发明提供的一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器优选实施例的C波段和X波段的隔离度；

图例说明：

阴极座601a；阴极602a；内截止颈604a；内前置反射腔605a；内第一漂移段606a；C波段慢波结构607a；内第二漂移段608a；X波段慢波结构609a；内第三漂移段610a、内后置反射腔611a、内反射调节环612a；内微波输出波导613a；内导体612；

阳极外筒601b；第一过渡腔602b；第二过渡腔603b；外截止颈604b；外反射腔内腔605b₁；外反射腔外腔605b₂；外漂移段606b；群聚腔内腔607b₁；群聚腔外腔607b₂；外连接段608b；第一提取腔内腔609b₁；第一提取腔外腔609b₃；第二提取腔内腔609b₂；第二提取腔外腔609b₄；外收集极610b；外微波输出波导611b；支撑杆612b；环形短路面613b；第一螺线管磁场613、第二螺线管磁场614、第三螺线管磁场615；

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。

本发明由内外两套电磁结构组成，内部电磁结构包括阴极座601a、阴极602a、内截止颈604a、内前置反射腔605a、内第一漂移段606a、C波段慢波结构607a、内第二漂移段608a、X波段慢波结构609a、内第三漂移段610a、内后置反射腔611a、内反射调节环612a、内微波输出波导613a、内导体612组成；外部电磁结构包括阳极外筒601b、第一过渡腔602b、第二过渡腔603b、外截止颈604b、外反射腔内腔605b₁、外反射腔外腔605b₂、外漂移段606b、群聚腔内腔607b₁、群聚腔外腔607b₂、外连接段608b、第一提取腔内腔609b₁、第一提取腔外腔609b₃、第二提取腔内腔609b₂、第二提取腔外腔609b₄、外收集极610b、外微波输出波导611b、支撑杆612b、环形短路面613b、第一螺线管磁场613、第二螺线管磁场614、第三螺线管磁场615组成。整个结构关于中心轴线旋转对称。

阴极座601a、阳极外筒601b、内导体612通常采用无磁不锈钢材料，C波段慢波结构607a、X波段慢波结构609a、支撑杆612b、环形短路面613b通常采用无磁不锈钢、无氧铜或钛等材料，阴极602a可采用高硬度石墨或耐热玻璃布-环氧树脂覆铜箔板(FR-5)材料，第一螺线管磁场613、第二螺线管磁场614、第三螺线管磁场615采用漆包铜线或玻璃丝包铜线绕制而成。阴极座601a左端外接脉冲功率驱动源的内导体，阳极外筒601b左端外接脉冲功率驱动源的外导体。

本发明运行时，阴极固定不变，第一螺线管磁场613和第二螺线管磁场614同时通大小不同、方向相同的电流，产生梯度引导磁场。当阴极发射强流相对论电子束时，电子束在引导磁场的作用下进行径向漂移，进入外部电磁结构区域传输。当引导磁场为0.5T时，电子束在群聚腔区域和同轴TM₀₁模发生束-波相互作用，把能量交给微波场，产生HPM。第一螺线管磁场613和第三螺线管磁场615通大小不同、方向相同的电流，产生均匀外加轴向磁场。当阴极发射强流相对论电子束时，电子束在外加导引磁场作用下向C、X波段慢波结构区域传输。在慢波结构区域，电子束和空心TM₀₁模同步发生束-波相互作用，把能量交给微波场，产生HPM。由于回旋共振吸收效应，当导引磁场大小分别为1.56T和0.66T，，电子束分别与C、X波段慢波结构发生切伦科夫辐射产生C波段、X波段HPM。

本方案实现了跨C(中心频率为4.3GHz，对应微波波长λ_C＝6.98cm)、X(中心频率为8.6GHz，对应微波波长λ_X＝3.5cm)、Ku(中心频率为14.2GHz，对应微波波长λ_Ku＝2.1cm)频率可调高功率微波器件(相应的尺寸设计为：R₁＝45mm，R₂＝39mm，R₃＝65mm，R₄＝71mm，R₅＝60mm，R₆＝76mm，R₇＝62mm，R₈＝74mm，R₉＝65mm，R₁₀＝71mm，R₁₁＝61mm，R₁₂＝75mm，R₁₃＝64.5mm，R₁₄＝71.5mm，R₁₅＝81mm，R₁₆＝73mm，R₁₇＝78mm，L₁＝220mm，L₂＝5mm，L₃＝215mm，L₄＝12mm，L₅＝9mm，L₆＝17mm，L₇＝9mm，L₈＝2mm，L₉＝16mm，L₁₀＝7.5mm，L₁₁＝7mm，L₁₂＝6mm，L₁₃＝45mm，L₁₄＝26mm，L₁₅＝147.5mm，L₁₆＝6mm；L₁₇＝7mm；L₁₈＝33mm；L₁₉＝7mm；R_1’＝30mm，R_2’＝36mm，R_3’＝54mm，R_4’＝36mm，R_5’＝49mm，R_6’＝36mm，R_7’＝39mm，R_8’＝44mm，R_9’＝46mm，R_10’＝41mm，R_11’＝53mm，R_12’＝46mm，L_1’＝80mm，L_2’＝29mm，L_3’＝49mm，L_4’＝25mm，L_5’＝12mm,L_6’＝50mm，L_7’＝26mm，L_8’＝16mm，L_9’＝10mm，L_10’＝97mm)。

粒子模拟中，调节第一螺线管磁场613和第二螺线管磁场614的通电电流，不给第三螺线管磁场615通电，从而产生梯度引导磁场，引导电子束进入外部电磁结构，在二极管电压350kV、电流5kA，均匀轴向导引磁场大小为0.5T时，Ku波段输出微波最高功率545MW，束-波互作用效率31.14％。调节第一螺线管磁场613和第三螺线管磁场615的通电电流，不给第二螺线管磁场614通电，产生轴向均匀磁场，使电子束进入内部电磁结构，在二极管电压670kV、电流7.8kA，轴向导引磁场为1.56T时，C波段输出微波最高功率1.6GW，束-波互作用效率30.6％；在二极管电压770kV、电流8kA，轴向导引磁场为0.66T时，X波段输出微波最高功率2GW，束-波互作用效率32％。由上述结果可知，本发明克服了通常频率调谐微波器件调节带宽窄(波段内调节或跨相邻波段的跳频)、跨波段数量少(2个波段)等不足，仅通过调节第一螺线管磁场613、第二螺线管磁场614、第三螺线管磁场615的通电电流和二级管电压，即可在单个器件内实现跨C、X、Ku三个波段的高功率微波输出，对于设计该类型器件具有重要的借鉴意义。

参见图7，可知C波段慢波结构607a能激励起中心频率为4.3GHz(属于C波段)的TM₀₁模式π模的电场分布。

参见图8，可知X波段慢波结构609a能激励起中心频率为8.6GHz(属于X波段)的TM₀₁模式π模的电场分布。

参见图9，可知Ku波段群聚腔内腔607b₁与群聚腔外腔607b₂组成的群聚腔结构能激励起中心频率为14.2GHz(属于Ku波段)的准TEM模的π/2模的电场分布。

参见图10，可知在Ku波段引导磁场下，电子束可以通过引导磁场引导进入外部ku波段电磁结构，在轴向距离30cm以后基本达到稳定传输条件，并且在该区间轴向引导磁场大小保持在0.5T左右。

参见图11，可知激励起Ku波段的高功率微波振荡，微波15ns起振，28ns后饱和，饱和后微波功率545MW。

参见图12，可知激励起的Ku波段的高功率微波工作在14.2GHz。

参见图13，可知在C波段引导磁场下，电子束可以通过引导磁场引导进入内部C、X波段电磁结构，引导磁场在轴向距离达到稳定传输条件，并且在该区间轴向引导磁场大小保持在1.56T左右。

参见图14，可知激励起C波段的高功率微波振荡，微波10ns起振，22ns后饱和，饱和后微波功率1.6GW。

参见图15，可知激励起的C波段的高功率微波工作在4.3GHz。

参见图16，可知在X波段引导磁场下，电子束可以通过引导磁场引导进入内部C、X波段电磁结构，引导磁场在轴向距离达到稳定传输条件，并且在该区间轴向引导磁场大小保持在0.66T左右。

参见图17，可知激励起X波段的高功率微波振荡，微波8ns起振，23ns后饱和，饱和后微波功率2GW。

参见图18，可知激励起的X波段的高功率微波工作在8.6GHz。

参见图19，可知C波段在1.56T轴向均匀引导磁场下工作效率最高，工作效率能达到30.6％。

参见图20，可知X波段在0.66T轴向均匀引导磁场下工作效率最高，工作效率能达到32％。

参见图21，可知内后置反射腔605a对C、X波段微波具有较好的反射效果可以有效隔离内外电磁结构，保证器件正常工作。

当然，在本优选实施例中，各部件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。

本领域技术人员将清楚本发明的范围不限制于以上讨论的示例，有可能对其进行若干改变和修改，而不脱离所附权利要求书限定的本发明的范围。尽管己经在附图和说明书中详细图示和描述了本发明，但这样的说明和描述仅是说明或示意性的，而非限制性的。本发明并不限于所公开的实施例。

通过对附图，说明书和权利要求书的研究，在实施本发明时本领域技术人员可以理解和实现所公开的实施例的变形。在权利要求书中，术语“包括”不排除其他步骤或元素。在彼此不同的从属权利要求中引用的某些措施的事实不意味着这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求书中的任何参考标记不构成对本发明的范围的限制。

Claims (5)

1.一种基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器，其特征在于：所述微波发生器由内外两套电磁结构组成：内部电磁结构和外部电磁结构，内部电磁结构包括阴极座(601a)、阴极(602a)、内截止颈(604a)、内前置反射腔(605a)、内第一漂移段(606a)、C波段慢波结构(607a)、内第二漂移段(608a)、X波段慢波结构(609a)、内第三漂移段(610a)、内后置反射腔(611a)、内反射调节环(612a)、内微波输出波导(613a)、内导体(612)组成；外部电磁结构包括阳极外筒(601b)、第一过渡腔(602b)、第二过渡腔(603b)、外截止颈(604b)、外反射腔内腔(605b₁)、外反射腔外腔(605b₂)、外漂移段(606b)、群聚腔内腔(607b₁)、群聚腔外腔(607b₂)、外连接段(608b)、第一提取腔内腔(609b₁)、第一提取腔外腔(609b₃)、第二提取腔内腔(609b₂)、第二提取腔外腔(609b₄)、外收集极(610b)、外微波输出波导(611b)、支撑杆(612b)、环形短路面(613b)、第一螺线管磁场(613)、第二螺线管磁场(614)、第三螺线管磁场(615)组成，整个结构关于中心轴线旋转对称；导引磁场通过改变螺线圈内导线电流即可改变；

阴极(602a)是一个薄壁圆筒，套在阴极座(601a)右端，半径为R_1’；阳极外筒(601b)的内表面均具有不规则波纹，内导体(612)的内外表面均具有不规则波纹，阳极外筒(601b)的内表面和内导体(612)的外表面共同构成外部电磁结构，内导体(612)的内表面构成内部电磁结构；

内截止颈(604a)是在内导体口部挖出的一个半径为R_2’的圆柱形空腔，长度L_1’具体尺寸需要根据C波段工作波长λ_C优化设计；内前置反射腔(605a)是一内半径为R_2’，外半径为R_3’的圆环状空腔，长度L_2’一般取值为C波段工作波长λ_C的0.4-0.6倍；内第一漂移段(606a)为一个半径为R_4’、长度为L_3’的圆柱形空腔，长度为L_3’一般取值为C波段工作波长λ_C的0.7-1倍；C波段慢波结构(607a)由三个相同的慢波叶片组成，慢波叶片为一凹一凸的台阶结构，凹陷部分的半径为R_5’，凸起部分的半径为R_6’，慢波叶片周期L_4’一般取值为C波段工作波长λ_C的0.2-0.4倍；X波段慢波结构(609a)由四个相同的慢波叶片组成，慢波叶片为一凹一凸的台阶结构，凹陷部分的半径为R_8’，凸起部分的半径为R_7’，慢波叶片周期L_5’一般取值为X波段工作波长λ_X的0.2-0.4倍；内第二漂移段(608a)位于C波段慢波结构607a和X波段慢波结构609a之间，为一段半径为R_9’、长L_6’的圆柱形空腔，长度L_6’具体尺寸需要根据工作波长优化设计；内第三漂移段(610a)紧邻X波段慢波结构(609a)，为一段半径为R_10’、长度L_7’的圆柱形空腔，长度L_7’具体尺寸需要根据X波段工作波长λ_X优化设计；内后置反射腔(611a)是一个内半径为R_10’，外半径R_11’的圆环状空腔，长度L_8’具体尺寸需要根据X波段工作波长λ_X优化设计；内反射调节环(612a)紧邻内后置反射腔(611a)，为一段半径为R_10’、长度L_9’的圆柱形空腔，长度L_9’具体尺寸需要根据X波段工作波长λ_X优化设计；内微波输出波导(613a)为一段半径为R_12’、长L_10’的圆柱形空腔，长度L_10’一般取值为C波段工作波长λ_C的1-1.5倍；

第一过渡腔(602b)是一个内半径为R₂，外半径为R₁的圆环状空腔，用来减小区域最大场强，长度L₂通常取值为3mm～7mm；第二过渡腔(603b)紧邻第一过渡腔，是一个内外边缘均为弧形的圆环状空腔，其使用共形设计以减小电子束在势能上的变化，内边缘半径与轴向距离Z的近似函数为R＝1.006×sin(0.9747Z-0.4696)+0.582×sin(1.751Z+1.253)+0.1799×sin(2.286-3.468)-0.3，开始半径为R₂，结束半径为R₃，长度为L₃，外边缘半径与轴向距离Z的近似函数为R＝1.006×sin(0.9747Z-0.4696)+0.582×sin(1.751Z+1.253)+0.1799×sin(2.286-3.468)+0.3，开始半径为R₁，结束半径为R₄，长度为L₁，L₁、L₂具体尺寸需要根据Ku波段工作波长λ_Ku优化设计；外截止颈(604b)是在紧邻第二过渡腔(603b)处挖出的一个内半径为R₃，外半径为R₄的圆环状空腔，长度L₄一般取值为Ku波段工作波长λ_Ku的0.4-0.8倍；外反射腔外腔(605b₂)是一个位于阳极外筒上的内半径为R₁₀，外半径为R₆的圆环状空腔，长度L₅一般取值为Ku波段工作波长λ_Ku的0.4-0.5倍；外反射腔内腔(605b₁)位于内导体上，与外反射腔外腔(605b₂)对应，是一个内半径为R₅，外半径为R₉的圆环状空腔，长度与外反射腔外腔(605b₂)相同；外漂移段(606b)是一个内半径为R₉，外半径为R₁₀的圆环状空腔，长度L₆一般取值为Ku波段工作波长λ_Ku的0.7-1倍；群聚腔外腔(607b₂)位于阳极外筒上，由三个相同的圆环状空腔组成，每个圆环状空腔的内半径为R₁₀，外半径为R₈，长度L₇与Ku波段工作波长λ_Ku的关系为L₇＜λ_Ku/2，两个圆环状空腔之间的间隔L₈一般取值为1mm～10mm；群聚腔内腔(607b₁)位于内导体上，也由三个相同的圆环状空腔组成，与群聚腔外腔(607b₂)的三个圆环状空腔一一对应，每个圆环状空腔的内半径为R₇，外半径为R₉，长度为L₇，两个圆环状空腔之间的间隔为L₈；外连接段(608b)在群聚腔内腔(607b₁)和第一提取腔内腔(609b₁)之间，是一个内半径为R₉，外半径为R₁₀的圆环状空腔，长度L₉需要根据Ku波段工作波长λ_Ku优化设计；第一提取腔外腔(609b₃)和第二提取腔外腔(609b₄)位于阳极外筒上，两提取腔外腔均为圆环状空腔，内半径均为R₁₀，外半径均为R₁₂，第一提取腔外腔(609b₃)宽度为L₁₀，第二提取腔外腔(609b₄)宽度为L₁₁，满足L₁₀＞L₁₁，长度L₁₀、L₁₁需要根据Ku波段工作波长λ_Ku优化设计，两提取腔间的间隔L₁₂取值为1mm～15mm；第一提取腔内腔(609b₁)和第二提取腔内腔(609b₂)位于内导体上，两提取腔内腔分别与第一提取腔外腔(609b₃)、第二提取腔外腔(609b₄)一一对应，均为圆环状空腔，内半径均为R₁₁，外半径均为R₉，第一提取腔内腔(609b₁)宽度为L₁₀，第二提取腔内腔609b₂宽度为L₁₁，两提取腔间的间隔为L₁₂；外收集极(610b)位于内导体上，是一个横截面为直角梯形的圆环状空腔，内半径为R₁₃，外半径为R₁₄，上底边长度L₁₄、下底边长度L₁₃通常取值为20mm～50mm；外微波输出波导(611b)前半部分是一个横截面为直角梯形的圆环状空腔，上底边内半径为R₁₆，外半径为R₁₂，下底边内半径为R₁₆，外半径为R₁₅，高为L₁₉，L₁₉具体尺寸需要根据Ku波段工作波长λ_Ku优化设计，后半部分为内半径为R₁₆，外半径为R₁₅的圆环状空腔，长度L₁₅应保证右端与内微波输出波导(613a)齐平；外微波输出波导(611b)内部距离第二提取腔外腔(609b₄)的L₁₇处有一环形短路面(613b)，呈圆环状，内半径为R₁₆，外半径为R₁₇，长度为L₁₆，长度L₁₆、L₁₇具体尺寸需要根据Ku波段工作波长λ_Ku优化设计；支撑杆(612b)用于将内导体(612)支撑起来，支撑杆(612b)与环形短路平台(613b)的距离为L₁₈，长度L₁₈一般取值为Ku波段工作波长λ_Ku的1-2倍；第一螺线管磁场(613)、第二螺线管磁场(614)、第三螺线管磁场(615)套在阳极外筒(601b)的外壁上。

2.一种根据权利要求1所述基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器，其特征在于：阴极(602a)壁厚仅为1mm。

3.一种根据权利要求1所述基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器，其特征在于：阴极座(601a)、阳极外筒(601b)、内导体(612)通常采用无磁不锈钢材料，C波段慢波结构(607a)、X波段慢波结构(609a)、支撑杆(612b)、环形短路面(613b)通常采用无磁不锈钢、无氧铜或钛等材料，阴极(602a)可采用高硬度石墨或耐热玻璃布-环氧树脂覆铜箔板材料，第一螺线管磁场(613)、第二螺线管磁场(614)、第三螺线管磁场(615)采用漆包铜线或玻璃丝包铜线绕制而成。

4.一种根据权利要求1所述基于磁场调谐的三波段跳频高功率微波发生器，其特征在于：一种中心频率为4.3GHz，对应微波波长λ_C＝6.98cm的C波段、中心频率为8.6GHz，对应微波波长λ_X＝3.5cm的X波段、中心频率为14.2GHz，对应微波波长λ_Ku＝2.1cm的Ku波段跳频高功率微波发生器相应的尺寸设计为：R₁＝45mm，R₂＝39mm，R₃＝65mm，R₄＝71mm，R₅＝60mm，R₆＝76mm，R₇＝62mm，R₈＝74mm，R₉＝65mm，R₁₀＝71mm，R₁₁＝61mm，R₁₂＝75mm，R₁₃＝64.5mm，R₁₄＝71.5mm，R₁₅＝81mm，R₁₆＝73mm，R₁₇＝78mm，L₁＝220mm，L₂＝5mm，L₃＝215mm，L₄＝12mm，L₅＝9mm，L₆＝17mm，L₇＝9mm，L₈＝2mm，L₉＝16mm，L₁₀＝7.5mm，L₁₁＝7mm，L₁₂＝6mm，L₁₃＝45mm，L₁₄＝26mm，L₁₅＝147.5mm，L₁₆＝6mm；L₁₇＝7mm；L₁₈＝33mm；L₁₉＝7mm；R_1’＝30mm，R_2’＝36mm，R_3’＝54mm，R_4’＝36mm，R_5’＝49mm，R_6’＝36mm，R_7’＝39mm，R_s’＝44mm，R_9’＝46mm，R_10’＝41mm，R_11’＝53mm，R_12’＝46mm，L_1’＝80mm，L_2’＝29mm，L_3’＝49mm，L_4’＝25mm，L_5’＝12mm，L_6’＝50mm，L_7’＝26mm，L_8’＝16mm，L_9’＝10mm，L_10’＝97mm。

5.一种根据权利要求1至4任一项所述微波发生器的三波段磁场调谐方法，其特征在于，该方法步骤如下：

1)C、X波段微波产生：第一螺线管磁场(613)和第三螺线管磁场(615)通大小不同、方向相同的电流，产生均匀外加轴向磁场；当阴极发射强流相对论电子束时，电子束在外加导引磁场作用下向C、X波段慢波结构区域传输；在慢波结构区域，电子束和空心TM₀₁模同步发生束-波相互作用，把能量交给微波场，产生HPM；由于回旋共振吸收效应，当导引磁场大小分别为1.56T和0.66T时，电子束分别与C、X波段慢波结构发生切伦科夫辐射产生C波段、X波段HPM；

2)Ku波段微波产生：第一螺线管磁场(613)和第二螺线管磁场(614)同时通大小不同、方向相同的电流，产生梯度引导磁场；当阴极发射强流相对论电子束时，电子束在引导磁场的作用下进行径向漂移，进入外部电磁结构区域传输；当引导磁场为0.5T时，电子束在群聚腔区域和同轴TM₀₁模发生束-波相互作用，把能量交给微波场，产生HPM。

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