[發(fā)明專利]同軸提取長(zhǎng)脈沖相對(duì)論返波振蕩器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310039900.2
• 申請(qǐng)日: 2013-02-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103137399A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葛行軍;張軍;靳振興;樊玉偉;賀軍濤;楊建華;鐘輝煌;張建德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01J25/46
• 分類號(hào): H01J25/46;H01J23/26;H01J23/027
• 代理公司: 國(guó)防科技大學(xué)專利服務(wù)中心 43202
• 代理人: 李振

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高功率微波技術(shù)領(lǐng)域的微波源器件，尤其是一種同軸提取長(zhǎng)脈沖相對(duì)論返波振蕩器RBWO(Relativistic?Backward-Wave?Oscillator)。

背景技術(shù)

近年來(lái)，高功率微波（通常指峰值功率大于100MW、頻率在1~300GHz之間的電磁波）在眾多領(lǐng)域中的誘人前景引起了許多國(guó)家的廣泛關(guān)注和大量研究投入，并已取得極大的技術(shù)進(jìn)步。目前，已經(jīng)提出的高功率微波應(yīng)用多種多樣：高功率微波定向能武器、衛(wèi)星和空間平臺(tái)供能、小型深空探測(cè)器的發(fā)射、軌道飛行器高度改變推進(jìn)系統(tǒng)、電子高能射頻加速器、材料加工與處理等。

作為高功率微波系統(tǒng)的核心器件，高功率微波源利用強(qiáng)流相對(duì)論電子束與器件內(nèi)部腔體的諧振模式相互作用，進(jìn)而輻射高功率微波。提高高功率微波源的單脈沖能量及平均功率水平是技術(shù)高功率微波領(lǐng)域始終追求的目標(biāo)，通常可以通過(guò)提高器件峰值功率、重復(fù)頻率和脈沖寬度三方面來(lái)實(shí)現(xiàn)。上世紀(jì)九十年代，在經(jīng)歷了高功率微波發(fā)展的鼎盛時(shí)期后，人們意識(shí)到單一高功率微波源的峰值功率水平很難大幅度提高，而重復(fù)頻率運(yùn)行頻率要達(dá)到或超過(guò)kHz水平也非常困難。因此，延長(zhǎng)輸出微波的脈沖寬度成為高功率微波研究領(lǐng)域提高器件單脈沖能量和平均功率水平的重要手段。

研究長(zhǎng)脈沖RBWO具有代表性的是國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)設(shè)計(jì)的器件【Jun?Zhang,Zhen-Xing?Jin,Jian-Hua?Yang,Hui-Huang?Zhong,Ting?Shu,Jian-De?Zhang,Bao-Liang?Qian,Cheng-Wei?Yuan,Zhi-Qiang?Li,Yu-Wei?Fan,Sheng-Yue?Zhou,and?Liu-Rong?Xu.Recent?Advance?in?Long-Pulse?HPM?Sources?With?Repetitive?Operation?in?S-,C-,and?X-Bands.IEEE?Transactions?on?Plasma?Science，2011，Vol.39，No.6，pp.1438-1445】（以下稱為現(xiàn)有技術(shù)1）。該結(jié)構(gòu)由陰極座、陰極、陽(yáng)極外筒、截止頸、慢波結(jié)構(gòu)、錐形波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)以及螺線管磁場(chǎng)組成，整個(gè)結(jié)構(gòu)關(guān)于中心軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。為了敘述方便，下文中將沿軸線方向上靠近陰極座的一側(cè)稱為左端，遠(yuǎn)離陰極座的一側(cè)稱為右端。其中慢波結(jié)構(gòu)由5個(gè)慢波葉片組成，每個(gè)慢波葉片的內(nèi)表面均是梯形結(jié)構(gòu)，左側(cè)4個(gè)慢波葉片完全相同，第5個(gè)慢波葉片具有較大的最大外半徑，5個(gè)慢波葉片的長(zhǎng)度L₁相同。輸出波導(dǎo)為內(nèi)半徑為R₇的圓波導(dǎo)，利用波導(dǎo)內(nèi)壁收集殘余電子。該器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于高功率微波的穩(wěn)定輸出，并且器件采用較大半徑的輸出波導(dǎo)收集殘余電子，降低了收集處電子的密度，減少了因電子轟擊輸出波導(dǎo)內(nèi)壁而產(chǎn)生的二次電子的數(shù)量，進(jìn)而削弱了等離子體對(duì)微波產(chǎn)生的影響，有利于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)脈沖運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，微波輸出功率達(dá)到1GW，脈寬100ns，頻率為3.6GHz。但是該器件功率轉(zhuǎn)換效率較低，僅為20%，低于常規(guī)RBWO的30%左右的功率轉(zhuǎn)換效率。輸出同樣功率的微波，較低功率轉(zhuǎn)換效率要求脈沖驅(qū)動(dòng)源注入更高的電功率，故對(duì)脈沖驅(qū)動(dòng)源的驅(qū)動(dòng)能力提出較高要求，不利于其結(jié)構(gòu)的緊湊化。因此，該技術(shù)方案不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)脈沖RBWO的高效率運(yùn)行，不利于實(shí)現(xiàn)高功率微波系統(tǒng)的小型化和緊湊化。