CN117293001A - 一种基于高q值单间隙调制腔的相对论速调管放大器 - Google Patents
一种基于高q值单间隙调制腔的相对论速调管放大器 Download PDFInfo
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J25/00—Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
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Abstract
本发明涉及高功率微波技术领域的微波源器件，具体涉及一种基于高Q值单间隙调制腔的相对论速调管放大器，本发明采用高Q值单间隙调制腔和腔间负反馈相结合的方法，能够有效抑制多组调制腔间的模式泄漏，解决同轴相对论速调管放大器自激振荡的难题；本发明通过采用三级调制腔实现电子束与微波场相互作用，采用双间隙提取腔结构提高微波输出功率和提取效率，采用带收集极挡板的类同轴收集极，抑制了收集极等离子体的产生和扩散，保证器件长脉冲稳定运行。该微波源输出微波效率高、工作模式稳定、易于长脉冲稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及高功率微波技术领域的微波源器件，具体涉及一种基于高Q值单间隙调制腔的相对论速调管放大器(relativistic klystron amplifier，RKA)，利用高Q值单间隙调制腔抑制同轴相对论速调管放大器中的自激振荡。
背景技术
高功率微波(High Power Microwave，HPM)通常是指输出功率大于0.1GW，频率介于1GHz～300GHz的电磁波。高功率微波技术广泛应用于雷达、高能电子加速、微波等离子体加热、定向能等领域，与此同时，这类应用需求也在推动高功率微波技术的发展。
高功率微波源是高功率微波系统的核心器件。在高功率微波源的发展过程中，追求高效率、高输出功率水平和长脉冲运行一直是高功率微波源的重要发展方向。传统的振荡器功率容量有限，在进一步提高功率时器件表面电场超过击穿阈值，发生射频击穿，导致器件功率效率降低、脉冲缩短。因此，在单器件内获得更高功率的微波受到诸多限制。相干功率合成技术对单器件功率要求低，仅对器件的锁频锁相有较高要求。高功率微波振荡器难以实现锁频锁相，而相对论速调管放大器作为一种放大器件，其输出微波频率由注入微波控制，输入输出微波相位差恒定，具有良好的锁频锁相特性，可以实现输出微波相干合成，受到了广泛的关注研究。
然而，在相对论速调管放大器运行过程中，容易产生自激振荡，破坏器件的锁频锁相特性，降低器件工作脉宽，难以实现高功率、高效率、长脉宽的高功率微波输出。传统相对论速调管放大器采用反射腔-调制腔的组合。通过设计反射腔结构可以防止自激振荡产生的TEM模式和低阶TE模式泄露，抑制杂频信号对种子源信号的干扰。但反射腔难以完全反射TEM模式与低阶TE模式。这些模式在工作过程中会进一步与电子束发生束波作用并逐级放大，干扰器件对种子源信号的放大并破坏器件锁频锁相特性。
2015年，国防科大的戚祖敏博士提出了一种X波段三轴相对论速调管放大器，【戚祖敏.X波段三轴速调管放大器研究[D].光电科学与工程学院,长沙:国防科学技术大学,2015】(以下称为技术1，如图1所示)中公布了一种高效率的三轴相对论速调管放大器。该器件为同轴结构，阴极座101、阴极102、阳极外筒103、内导体104、注入波导105、反射腔106、调制腔107、提取腔108、电子束收集极109、反馈环110、锥形波导111和导引磁场线圈112组成，整个结构关于中心轴线旋转对称。阴极座101左端外接脉冲功率源的内导体，阳极外筒103左端外接脉冲功率源的外导体。阴极102是一个薄壁圆筒，壁厚为2mm，外半径R1等于电子束的半径；阳极两段内半径分别为R2和R3的圆柱筒组成。内导体104半径R4，外侧带有圆环状沟槽，与电子束收集极109连接。注入波导105为BJ120标准方形波导，微波信号从注入波导入射至输入腔106中，由电子束增益放大。输入腔106为一圆环状同轴谐振腔，其内半径为R5，外半径为R6，轴向长度L4为工作波长λ的三分之一，工作模式为同轴TM011模式。反射腔107为圆环状结构，其内半径为R7，外半径为R8，轴向长度L6为工作波长λ的三分之二，用于反射微波，防止调制腔微波泄露，抑制自激振荡。调制腔108由108a、108b、108c组成，用于调制电子束，其内半径为R9，外半径为R10，其长度L8、L10、L12分别为工作波长λ的三分之二、三分之一、六分之一。提取腔由110a、110b为圆环状，110a内半径R11，外半径R12，轴向长度L14，为工作波长λ的十分之一，110b内半径R13，外半径R14，轴向长度L16，为工作波长λ的三倍，工作模式为TM01模式，通过双间隙提取可以实现束波能量高效率转换，同时降低提取腔场强。反馈环111嵌套于收集极外壁，可调节提取腔谐振频率与Q值。该器件工作在X波段，在电子束电压570kV，电流5.6kA，注入微波功率100kW，频率9.375GHz条件下，输出微波功率1GW，效率29％，增益40dB，相位抖动小于3°。但该器件仍然存在以下的问题：(1)采用反射腔-调制腔的设计容易造成TEM模式及低阶TE模式泄露问题，泄露模式数大于10个；(2)单级调制腔对电子束调制能力有限，难以获得高增益高效率的微波输出。
2019年，国防科技大学的张威博士提出了一种X波段高功率高效率相对论三轴速调管放大器【张威.X波段高功率高效率相对论三轴速调管放大器研究[D].前沿交叉学科学院,长沙:国防科技大学,2019】(以下称为技术2)。该器件主要由阴极座201、阴极202、阳极外筒203、内导体204、注入波导205、输入腔206、第一反射腔207、第一调制腔208、第二反射腔209、第二调制腔210、第三反射腔211、提取腔212、电子束收集极213、锥形波导214、反馈环215、支撑杆216、输出波导217和导引磁场线圈218组成，整体结构关于中心轴线旋转对称。阴极座201左端外接脉冲功率源的内导体，阳极外筒203左端外接脉冲功率源的外导体。阴极202是一个薄壁圆筒，壁厚为2mm，外半径R1等于电子束的半径；阳极外筒203由两段内半径分别为R2和R3的圆柱筒组成；内导体204是一个半径为R4圆柱体，外侧挖有圆环状凹槽，其右端与收集极213连接。注入波导205为BJ84标准方形波导，通过两段导引磁场线圈218a和218b之间的间隙与输入腔206相连接，将外注入微波信号引入至输入腔206中，实现对电子束的调制。输入腔206是一个圆环状的同轴谐振腔，内半径为R5，外半径为R6，工作模式为同轴TM011模式，其轴向长度L1为工作波长λ的四分之一。第一反射腔207为圆环状结构，用于抑制第一调制腔中的TEM模式和高阶非旋转对称TE模式向输入腔的泄露，其内半径为R7，外半径为R8，轴向长度L2为工作波长λ的三分之一。第一调制腔208为同轴双间隙圆环结构，内半径为R9，外半径为R10，轴向长度L3约为工作波长λ的二分之一，其工作于同轴TM012模式，作用是对电子束进行初步调制。第二反射腔209为圆环状结构，用于抑制第二调制腔中的TEM模式和高阶非旋转对称TE模式向第一调制腔的泄露，其内半径为R7，外半径为R8，轴向长度L4为工作波长λ的三分之一。第二调制腔210为同轴双间隙圆环结构，其内半径为R12，外半径为R13，轴向长度L5约为工作波长λ的二分之一，工作模式为同轴TM011模式，其作用是为了防止电子束的过调制。第三反射腔211为圆环状结构，其内半径为R7，外半径为R8，轴向长度L6约为工作波长λ的三分之一，用于抑制提取腔中的TEM模式和高阶非旋转对称TE模式向第二调制腔的泄露。提取腔212呈同轴双间隙圆环状，其内半径为R14，外半径为R15，轴向长度L7约为工作波长λ的二分之一，工作模式为同轴TM012模式，其作用是为了高效率的束波能量转换。电子束收集极213呈圆柱状，其半径为R16，在左端挖有楔形凹槽。反馈环215是嵌在电子束收集极外壁上的一个金属圆环，用来调节提取腔的谐振频率和Q值。支撑杆216共有两排，两排支撑杆之间的距离L8约为工作波长λ四分之一的奇数倍。导引磁场线圈218由218a和218b两段组成，通过设计电流大小和绕线匝数确定磁场位型和强度。该器件工作在X波段，其工作频率为8.4GHz。实验中，在二极管电压610kV，电流9.1kA、导引磁场0.77T，注入微波功率40kW的情况下，该器件输出微波功率1.766GW，频率8.4GHz，效率31.8％，输出微波的相位抖动被锁定在约10度范围内。该器件采用了级联式的双调制腔结构，提高了电子束的调制深度，使得器件的效率获得了提高，但是依旧存在以下不足：(1)采用反射腔-双调制腔级联式的结构，容易在反射腔内产生自激振荡，在工作过程中产生非对称模式，破坏器件锁频锁相特性；(2)反射腔难以实现对TEM模式与低阶TE全反射，无法从根本上解决器件的自激振荡与模式竞争问题，限制了相对论速调管放大器向长脉宽工作发展。
综上所述，相对论速调管放大器经过多年的研究和发展，在高功率、高效率等方面都获得了长足的进步，但是目前RKA普遍采用反射腔-调制腔的级联结构增加电子束调制深度，在对电子束调制能力有限的同时，反射腔内容易产生自激振荡，在器件工作过程中激励起非对称模式，干扰注入微波对输出微波的频率相位牵引，不利于器件输出高功率、长脉冲微波。
发明内容
本发明要解决的技术问题是有效抑制同轴相对论速调管放大器中的自激振荡，实现器件良好锁频锁相特性。为此本发明提出了一种基于高Q值单间隙调制腔的相对论速调管放大器，采用高Q值单间隙调制腔和腔间负反馈相结合的方法，能够有效抑制多组调制腔间的模式泄漏，解决同轴相对论速调管放大器自激振荡的难题；本发明通过采用三级调制腔实现电子束与微波场相互作用，采用双间隙提取腔结构提高微波输出功率和提取效率，采用带收集极挡板的类同轴收集极，抑制了收集极等离子体的产生和扩散，保证器件长脉冲稳定运行。该微波源输出微波效率高、工作模式稳定、易于长脉冲稳定运行。
本发明的技术方案为：
一种基于高Q值单间隙调制腔的相对论速调管放大器，包括阴极座301、阴极302、阳极外筒303、内导体304、注入波导305、重入式谐振腔306、输入腔307、调制腔308、提取腔309、电子束收集极310、反馈环311、输出波导312、支撑杆313和导引磁场线圈314，整体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为一厚度为2mm的薄壁圆筒，位于阴极座右端，用于爆炸发射高能电子束，其半径R1等于电子束的半径，R1的具体尺寸由器件的阻抗和功率容量决定。阳极外筒303由内半径分别为R2和R4的两个圆柱筒组成，满足R1<R4<R2。内导体304是一个半径为R3的圆柱体，满足R3<R1，阴极302和阳极外筒303之间的轴向长度L1称为阴阳极间距，L1的取值一般为10-20mm。重入式谐振腔306为一个内半径为R5，外半径为R7，长度为L5的圆环状空腔，其左侧与内导体304左侧端面的距离为L2，满足R2>R7>R5>R4，L2的取值一般为工作波长λ的0.5-1倍，L5的取值一般为工作波长λ的1-1.5倍；距离重入式谐振腔306右端L4处连接注入波导305，L4的取值一般为工作波长λ的0.15-0.25倍，通过改变L4的长度能够在不改变输入腔谐振频率的前提下调节输入腔的Q值，从而减少注入信号的损耗，保证输入腔具有较高的吸收率；注入波导305为BJ-140标准矩形波导，注入波导305将波导口引入的外注入式微波信号引入至重入式谐振腔306，再由重入式谐振腔306进入输入腔307中，实现对电子束的调制；输入腔307为一内半径为R6，外半径为R5宽为L7的圆环形空腔，其上部端口连接重入式谐振腔306，满足R6<R3，L7的取值为工作波长λ的0.15-0.25倍，输入腔307用于将外注入式微波信号匹配吸收，并在腔内建立高频电磁场，当电子束经过时对其进行初步的预调制；三级调制腔308由第一调制腔308a、第二调制腔308b、第三调制腔308c组成，第一调制腔308a位于输入腔306右端L8处，内半径均为R8，外半径均为R9，宽均为L9，调制腔之间两两相距L8，满足R8<R3<R4<R9<R2，L8的取值一般为工作波长λ的1-1.5倍，L9的取值一般为工作波长λ的0.2-0.3倍，调制腔308用于对电子束进行三级调制，提高电子束的调制深度，使电子束在提取腔309处达到最大调制深度；提取腔309由第一提取腔309a、第二提取腔309b、第三提取腔309c组成：第一提取腔309a位于第三调制腔308c右端L10处，其内半径为R10，外半径为R11，宽为L11，满足R10<R8，R9<R11<R2，L10的取值一般为工作波长λ的0.25-0.35倍，L11的取值一般为工作波长λ的0.2-0.3倍；第二提取腔309b位于第一提取腔309a右端L12处，其内半径为R12，外半径为R13，宽为L13，满足R12>R13，L12的取值一般为工作波长λ的0.2-0.3倍，L13的取值一般为工作波长λ的0.05-0.1倍，第三提取腔309c位于第二提取腔309b右端L12处，其内半径为R12，外半径为R13，宽为L13；电子束收集极310为一个在内筒上正对电子束传输路径挖出的一个横截面为直角梯形的圆环型空腔，圆环形空腔的内半径为R14，外半径R15，下底宽度为L16，满足R3<R14<R15<R4，L16一般为工作波长λ的1.8-2.2倍，直角梯形的倾斜角θ一般取值为20°-30°。输出波导312为一段位于阳极外筒303和电子束收集极310之间的长度为L18的横截面为矩形和长度为L21横截面为梯形的圆环形空腔，矩形的内半径为R16，外半径为R13，梯形斜边在轴向的投影长度为L19，上底长为L20，上底半径为R18，下底长为L21，下底半径为R16，L18的取值一般为工作波长λ的0.3-0.4倍，L19的取值一般为工作波长λ的0.6-0.7倍，L20的取值一般为工作波长λ的0.5-0.6倍，满足R3<R16<R13<R18<R4，L19＝L21-L20；在距离电子束收集极311左侧L22处，设置有外半径为R17，宽L23的反馈环311，满足R17<R13<R18，L22的取值一般为工作波长λ的0.8-1.2倍，L23的取值一般为3-5mm，通过改变反馈环311的位置L22和宽度L23，可以调整提取腔309的谐振频率和Q值，从而使提取腔309获得最佳的微波提取效果。支撑杆313位于电子束收集极310左侧端面L24处，L24的取值一般为工作波长λ的1.5-2倍。导引磁场线圈314由第一导引磁场线圈314a和第二导引磁场线圈314b两段组成，套在阳极外筒303的外侧。
进一步地，所述阴极座301、阳极外筒303、内导体304、反馈环311、支撑杆313均采用无磁不锈钢制成，阴极302采用石墨制成，导引磁场线圈314采用玻璃丝包铜线或胺薄膜包铜线绕制而成。
进一步地，所述外注入式微波信号的模式为TM01模。
本发明基于以下原理：当器件工作时，调制腔内容易激励起TEM模式与低阶TE模式振荡。这些模式的自激振荡被激励后，通过电子束漂移段进入下一个调制腔并逐级放大，最终进入提取腔干扰电子束与外注入式微波信号的束波作用。通过调整调制腔深度，当调制腔深度R3-R8、R9-R4均取0.25～0.28倍工作波长时，调制腔Q值最高,此时调制腔宽度L一般取工作波长的0.2～0.28倍。高Q值调制腔具有良好的选择特性，当TEM模式与低阶TE模式通过高Q值调制腔时损耗大，能量降低，而注入的TM01信号可以以较小的损耗通过。能量较低的TEM和低阶TE模式难以干扰提取腔内TM01模式与电子束的束波作用过程，因此采用高Q值调制腔可以实现对TEM、TE模式自激振荡的抑制效果。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明采用的高Q值三级单间隙调制腔，通过改变调制腔内外半径参数调整调制腔深度，实现对调制腔Q值的调节。当调制腔深度达到0.28倍工作波长时，Q值达到峰值8273，如图9所示，进一步提高或降低调制腔深度都将导致调制腔Q值降低。此时TEM与低阶TE模式在调制腔中几乎损耗殆尽，从而抑制TEM模式与低阶TE模式的激励放大，最终确保器件在长脉冲工作下输出模式稳定，如图4所示，引入高Q值调制腔抑制自激振荡后，器件输出脉宽较长、功率波形稳定。
附图说明
图1为背景介绍中技术1公开的相对论速调管放大器的结构示意图；
图2为背景介绍中技术2公开的相对论速调管放大器的结构示意图；
图3为本发明提供的基于高Q值单间隙调制腔的同轴相对论速调管放大器A-A剖视结构示意图；
图4为本发明提供的基于高Q值单间隙调制腔的同轴相对论速调管放大器输出功率图；
图5为本发明提供的基于高Q值单间隙调制腔的同轴相对论速调管放大器输出微波频率图；
图6为本发明提供的基于高Q值单间隙调制腔的同轴相对论速调管放大器输出微波功率效率与输入电压关系图；
图7为本发明提供的基于高Q值单间隙调制腔的同轴相对论速调管放大器在工作时提取腔处场强分布图；
图8为本发明提供的基于高Q值单间隙调制腔的同轴相对论速调管放大器调整提取腔深度实现Q值调整的示意图；
图9为本发明提供的基于高Q值单间隙调制腔的同轴相对论速调管放大器Q值随提取腔深度变化的关系图；
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3为本发明提供的基于高Q值单间隙调制腔的同轴相对论速调管放大器优选实施例的A-A剖视结构示意图，本发明由阴极座301、阴极302、阳极外筒303、内导体304、注入波导305、重入谐振器306、输入腔307、调制腔308、提取腔309、电子束收集极310、反馈环311、输出波导312、支撑杆313和导引磁场线圈314，整体结构关于中心轴线旋转对称。
本实施例实现了中心频率为14.25GHz的一种同轴相对论速调管放大器(相应的尺寸设计为：R1＝40mm，R2＝65mm，R3＝37mm，R4＝43mm，R5＝45mm，R6＝34mm，R7＝47mm，R8＝34mm，R9＝46.2mm，R10＝31mm，R11＝49mm，R12＝34mm，R13＝46.6mm，R14＝38mm，R15＝42mm，R16＝44mm，R17＝46mm，R18＝50mm，L1＝25mm，L2＝10mm，L3＝2mm，L4＝17mm，L5＝24.5mm，L6＝30mm，L7＝5mm，L8＝35mm，L9＝5mm，L10＝16mm，L11＝7mm，L12＝5mm，L13＝4.5mm，L14＝2mm，L15＝4.5mm，L16＝52mm，L17＝28mm，L18＝15mm，L19＝23mm，L20＝20mm，L21＝43mm，L22＝33mm，L23＝2.5mm，L24＝47mm)。粒子模拟中，在二极管电压400kV、电流5kA、导引磁场0.5T、注入微波5kW的条件下，输出微波功率0.82GW，功率转换效率为41％，增益50dB，输出稳定。由上述结果可知，本发明克服了通常相对论速调管放大器容易自激振荡的缺陷，实现器件的高功率、高增益、长脉宽输出。
图4为本发明提供的相对论速调管放大器优选实施例采用自激振荡抑制的结构输出功率图。由图易知，采用高Q值负反馈的结构后，输出微波稳定，功率高。这是由于采用高Q值负反馈的结构后，器件工作时TEM模式与非对称模式的产生被抑制，器件微波转换效率提高，输出模式单一，因此能够长时间地输出更高功率的微波。
图5为本发明提供的相对论速调管放大器优选实施例采用自激振荡抑制的结构输出频率图。由图易知，采用高Q值负反馈的结构后，输出频谱纯净，无竞争杂频。
图6为本发明提供的相对论速调管放大器优选实施例采用自激振荡抑制的结构输出功率效率随电压关系图。由图易知器件在400kV条件下输出效率最高，且对电压变化不敏感，稳定性较强。
图7为本发明提供的相对论速调管放大器优选实施例采用自激振荡抑制的结构工作时提取腔附近场强分布。由图易知器件结构表面场分布不超过真空中不锈钢材料击穿场强(800kV/cm)。
图8为本发明提供的相对论速调管放大器优选实施例调整调制腔Q值的实现方式。图中Δr表征为调制腔深度R3-R8、R4-R9的变化量，通过仿真计算调整其数值从而实现对Q值的调整；d＝L9为调制腔宽度，一般取固定值。
图9为本发明提供的相对论速调管放大器优选实施例调制腔深度与Q值关系。当采用优选实例的参数时调制腔Q值最大，能够有效抑制自激振荡。进一步增加或减小调制腔深度将降低Q值，不利于抑制自激振荡。
Claims (4)
1.一种基于高Q值单间隙调制腔的相对论速调管放大器，其特征在于：包括阴极座(301)、阴极(302)、阳极外筒(303)、内导体(304)、注入波导(305)、重入式谐振腔(306)、输入腔(307)、调制腔(308)、提取腔(309)、电子束收集极(310)、反馈环(311)、输出波导(312)、支撑杆(313)和导引磁场线圈(314)，整体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，位于阴极座右端，用于爆炸发射高能电子束，其半径R1等于电子束的半径，R1的具体尺寸由器件的阻抗和功率容量决定；阳极外筒(303)由内半径分别为R2和R4的两个圆柱筒组成，满足R1<R4<R2；内导体(304)是一个半径为R3的圆柱体，满足R3<R1，阴极(302)和阳极外筒(303)之间的轴向长度L1称为阴阳极间距，L1的取值为10-20mm；重入式谐振腔(306)为一个内半径为R5，外半径为R7，长度为L5的圆环状空腔，其左侧与内导体(304)左侧端面的距离为L2，满足R2>R7>R5>R4，L2的取值为工作波长λ的0.5-1倍，L5的取值为工作波长λ的1-1.5倍；距离重入式谐振腔(306)右端L4处连接注入波导(305)，L4的取值为工作波长λ的0.15-0.25倍，通过改变L4的长度能够在不改变输入腔谐振频率的前提下调节输入腔的Q值，从而减少注入信号的损耗，保证输入腔具有较高的吸收率；注入波导(305)为BJ-140标准矩形波导，注入波导(305)将波导口引入的外注入式微波信号引入至重入式谐振腔(306)，再由重入式谐振腔(306)进入输入腔(307)中，实现对电子束的调制；输入腔(307)为一内半径为R6，外半径为R5宽为L7的圆环形空腔，其上部端口连接重入式谐振腔(306)，满足R6<R3，L7的取值为工作波长λ的0.15-0.25倍，输入腔(307)用于将外注入式微波信号匹配吸收，并在腔内建立高频电磁场，当电子束经过时对其进行初步的预调制；三级调制腔(308)由第一调制腔(308a)、第二调制腔(308b)、第三调制腔(308c)组成，第一调制腔(308a)位于输入腔(306)右端L8处，内半径均为R8，外半径均为R9，宽均为L9，调制腔之间两两相距L8，满足R8<R3<R4<R9<R2，L8的取值为工作波长λ的1-1.5倍，L9的取值为工作波长λ的0.2-0.3倍，调制腔(308)用于对电子束进行三级调制，提高电子束的调制深度，使电子束在提取腔(309)处达到最大调制深度；提取腔(309)由第一提取腔(309a)、第二提取腔(309b)、第三提取腔(309c)组成：第一提取腔(309a)位于第三调制腔(308c)右端L10处，其内半径为R10，外半径为R11，宽为L11，满足R10<R8，R9<R11<R2，L10的取值为工作波长λ的0.25-0.35倍，L11的取值为工作波长λ的0.2-0.3倍；第二提取腔(309b)位于第一提取腔(309a)右端L12处，其内半径为R12，外半径为R13，宽为L13，满足R12>R13，L12的取值为工作波长λ的0.2-0.3倍，L13的取值为工作波长λ的0.05-0.1倍，第三提取腔(309c)位于第二提取腔(309b)右端L12处，其内半径为R12，外半径为R13，宽为L13；电子束收集极(310)为一个在内筒上正对电子束传输路径挖出的一个横截面为直角梯形的圆环型空腔，圆环形空腔的内半径为R14，外半径R15，下底宽度为L16，满足R3<R14<R15<R4，L16为工作波长λ的1.8-2.2倍，直角梯形的倾斜角θ取值为20°-30°；输出波导(312)为一段位于阳极外筒(303)和电子束收集极(310)之间的长度为L18的横截面为矩形和长度为L21横截面为梯形的圆环形空腔，矩形的内半径为R16，外半径为R13，梯形斜边在轴向的投影长度为L19，上底长为L20，上底半径为R18，下底长为L21，下底半径为R16，L18的取值为工作波长λ的0.3-0.4倍，L19的取值为工作波长λ的0.6-0.7倍，L20的取值为工作波长λ的0.5-0.6倍，满足R3<R16<R13<R18<R4，L19＝L21-L20；在距离电子束收集极(311)左侧L22处，设置有外半径为R17，宽L23的反馈环(311)，满足R17<R13<R18，L22的取值为工作波长λ的0.8-1.2倍，L23的取值为3-5mm，通过改变反馈环311的位置L22和宽度L23，可以调整提取腔(309)的谐振频率和Q值，从而使提取腔(309)获得最佳的微波提取效果；支撑杆(313)位于电子束收集极(310)左侧端面L24处，L24的取值为工作波长λ的1.5-2倍；导引磁场线圈(314)由第一导引磁场线圈(314a)和第二导引磁场线圈(314b)两段组成，套在阳极外筒(303)的外侧。
2.一种根据权利要求1所述基于高Q值单间隙调制腔的相对论速调管放大器，其特征在于：阴极(302)为一厚度为2mm的薄壁圆筒。
3.一种根据权利要求1所述基于高Q值单间隙调制腔的相对论速调管放大器，其特征在于：所述阴极座(301)、阳极外筒(303)、内导体(304)、反馈环(311)、支撑杆(313)均采用无磁不锈钢制成，阴极(302)采用石墨制成，导引磁场线圈(314)采用玻璃丝包铜线或胺薄膜包铜线绕制而成。
4.一种根据权利要求1至3任一项所述基于高Q值单间隙调制腔的相对论速调管放大器，其特征在于：所述外注入式微波信号的模式为TM01模。
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| CN202311178832.8A CN117293001A (zh) | 2023-09-13 | 2023-09-13 | 一种基于高q值单间隙调制腔的相对论速调管放大器 |
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