[發(fā)明專利]一種磁絕緣線振蕩器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410276779.X
• 申請日: 2014-06-20
• 公開（公告）號: CN104038157B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦奮;王冬;張勇;徐莎;李春霞
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所
• 主分類號: H03B13/00
• 分類號: H03B13/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司51214
• 代理人: 卿誠,吳彥峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高功率微波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁絕緣線振蕩器，本發(fā)明可以應(yīng)用于高功率微波技術(shù)領(lǐng)域的微波產(chǎn)生系統(tǒng)。

背景技術(shù)

高功率微波（High?Power?Microwave,?HPM）是指峰值功率大于100MW，頻率介于1?GHz到300?GHz之間的電磁波。它是本世紀70年代以來隨著脈沖功率技術(shù)、相對論電子學(xué)和等離子體物理、真空電子學(xué)等學(xué)科的發(fā)展而發(fā)展起來的一個新的研究領(lǐng)域。隨著等離子體技術(shù)、脈沖功率技術(shù)的進步以及復(fù)雜PIC模擬工具的發(fā)展，高功率微波技術(shù)也迅速地發(fā)展起來，尤其是在高功率微波源的研制方面取得了極大的進展,先后出現(xiàn)了很多種不同類型的高功率微波源。

磁絕緣線振蕩器（Magnetically?insulated?transmission?line?oscillator，MILO）是一種GW級的同軸低阻抗正交場振蕩器（crossed-field?oscillator）。它不需要外加磁場，其內(nèi)部產(chǎn)生的直流磁場阻止電子從陰極發(fā)射到陽極。這種自絕緣機制杜絕了陰陽極間的電子擊穿，允許較高的外加電壓和較高的輸入功率。由于無需外加引導(dǎo)磁場，MILO在器件小型化、結(jié)構(gòu)緊湊化等方面具有得天獨厚的優(yōu)勢，是一種重要的高功率微波器件。

脫離笨重的真空機組實現(xiàn)靜態(tài)真空運行以及重復(fù)頻率運行是目前MILO器件發(fā)展的重要趨勢之一。由于MILO器件正常工作一般需要數(shù)十千安強流電子束，且要求陰極大面積均勻發(fā)射電子，對陰極發(fā)射材料提出了要求較高，目前MILO器件一般采用天鵝絨及碳纖維絨作為其陰極發(fā)射材料。天鵝絨具有發(fā)射電流密度大、發(fā)射均勻等優(yōu)點；然而放氣率大，等離子體膨脹速度快及壽命短等缺點使其在需要長時間保持真空或重頻運行的高功率微波系統(tǒng)中使用極其困難。碳纖維絨陰極發(fā)射閾值低、出氣率低、等離子體膨脹速度慢、壽命長、本底氣壓變化小、發(fā)射均勻等優(yōu)點；但是由于制備工藝復(fù)雜，為了保證碳纖維絨毛能牢固附著與基底上，制備過程中會用到無機膠等粘接劑，對真空環(huán)境影響較大，在需要長時間保持真空或重頻運行的高功率微波系統(tǒng)中同樣存在困難。名稱為“Repetition?rate?operation?of?an?improved?magnetically?insulated?transmission?line?oscillator”的文章（Physics?of?Plasmas,?15(8),?083102/1-083102/5?2008）提出了采用天鵝絨及石墨作為陰極發(fā)射材料的重復(fù)頻率運行MILO器件。其中采用天鵝絨陰極的MILO由于天鵝絨材料發(fā)氣率高，重頻運行時器件內(nèi)部真空度下降較為明顯，同時天鵝絨本身隨著實驗發(fā)數(shù)增加遭受破壞明顯，微波輸出功率隨之明顯下降。而石墨陰極雖然放氣率相對較低，但由于發(fā)射閾值較高等原因輸出微波功率等指標相對較低。因此需要從陰極及器件結(jié)構(gòu)兩方面入手，設(shè)計出低放氣率適于長時間靜態(tài)真空運行或重復(fù)頻率運行的MILO器件，促進這種器件的實用化。

發(fā)明內(nèi)容

為了降低磁絕緣線振蕩器內(nèi)部放氣率實現(xiàn)長時間靜態(tài)真空運行或重復(fù)頻率運行，又能保證輸出微波指標與采用天鵝絨陰極時相當，本發(fā)明提供了一種新型的磁絕緣線振蕩器。該器件內(nèi)部放氣率低，且輸出微波指標與采用天鵝絨陰極時相當。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種磁絕緣線振蕩器，振蕩器外形為圓筒形，內(nèi)部由陰極、陽極、收集極和支撐桿組成，所述陽極由陽極葉片與陽極外筒組成，陽極葉片呈環(huán)狀，陽極葉片的外邊緣與陽極外筒連接在一起，陰極穿過陽極葉片與收集極相鄰，所述收集極通過支撐桿與陽極外筒連接；??????

所述陰極由基座和發(fā)射單元構(gòu)成，所述基座圓柱形且分為前、中、后三段，中端表面為錐形面，從前段往后段方向直徑逐漸變大，后段圓柱的直徑小于中段錐柱的最大直徑；所述發(fā)射單元為多個直徑不同的金屬圓環(huán)，不同直徑的金屬圓環(huán)間隔緊密套在基座后段圓柱上，最大直徑的金屬圓環(huán)的外邊緣與基座中段錐柱的最大直徑齊平；

所述陽極葉片從輸入方向到輸出方向依次由兩片扼流片、四片主慢波葉片和一片提取片組成；所述四片主慢波葉片每一片上開槽，相鄰主慢波葉片上的槽之間呈90度夾角，第一片與第三片主慢波葉片上槽的位置在水平線上重合，第二片與第四片主慢波葉片上槽的位置在水平線上重合。

在上述技術(shù)方案中，所述發(fā)射單元為兩種直徑不同的金屬環(huán)，兩種金屬環(huán)交叉套在基座后段圓柱上。

在上述技術(shù)方案中，所述基座為中空的不銹鋼或無氧銅筒。