[發(fā)明專利]一種介質填充緊湊型相對論返波振蕩器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410690196.1
• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN104362060B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發(fā)明（設計）人: 樊玉偉;王曉玉;赫亮;張軍;李偉;李志強;靳振興;葛行軍;巨金川
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: H01J25/46
• 分類號: H01J25/46;H01J23/26
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 李振

技術領域

本發(fā)明涉及一種高功率微波源，尤其是一種介質填充的緊湊型相對論返波振蕩器(Relativistic?Backward?Wave?Oscillator,RBWO)，屬于高功率微波技術領域。

背景技術

相對論返波振蕩器(RBWO)具有高功率、高效率以及適合重復頻率工作等特點，是一種重要的高功率微波源，也是當前國內外高功率微波源研究的熱點之一。

相對論返波振蕩器中的慢波結構常見的有以下三種：正弦形(例如文獻1：高梁，錢寶良，葛行軍.緊湊型P波段相對論返波振蕩器的粒子模擬，強激光與粒子束，2006，Vol.23，No.4)、梯形(例如文獻2：葛行軍,高梁,曹亦兵等.L波段相對論返波振蕩器初步實驗研究,強激光與粒子束，2010，Vol.22，No.3)和盤荷波導型(例如文獻3：張克潛，李德杰.《微波與光電子學中的電磁場理論》第二版，電子工業(yè)出版社，pp.387-390)。針對本發(fā)明，上述三種慢波結構均適用。

具有盤荷波導慢波結構的相對論返波振蕩器關于中心軸線旋轉對稱，由陰極座、陰極、陽極外筒、截止頸、慢波結構、螺線管磁場線圈組成。其中，陰極座、陰極、陽極外筒、截止頸、慢波結構均為不銹鋼材料，螺線管磁場線圈采用漆包銅線繞制。為了敘述方便，下文規(guī)定：陰極所在一端為RBWO的左端，另一端為RBWO的右端。

RBWO工作原理如下：在脈沖高電壓作用下，陰極產生一個環(huán)形強流相對論電子束。螺線管磁場線圈在陰極和慢波結構區(qū)產生一個沿軸向水平向右的磁場，在慢波結構右端磁場逐漸向外彎曲。在磁場洛倫茲力的約束作用下，陰極發(fā)射的相對論電子束沿著磁場方向向右運動，相對論電子束經(jīng)過慢波結構的內表面附近時，在慢波結構腔內激勵起-1次空間諧波并向左傳播。向左傳播的電磁波與向右傳播的電子束進一步相互作用，電磁波從相對論電子束中獲得能量，功率不斷提高而形成高功率微波；最后，向左傳播的電磁波被截止頸反射回來再向右傳播，最終由微波輸出口輸出。在慢波結構右端，相對論電子束沿著向外彎曲的磁場方向向外彎曲，轟擊到陽極外筒內壁，從而被陽極外筒內壁吸收。陽極外筒內壁收集剩余電子束的區(qū)域稱之為收集極。

RBWO產生的微波頻率主要取決于慢波葉片的徑向深度，即慢波葉片的內半徑與外半徑之差。在慢波葉片的內半徑給定的條件下，慢波葉片的外半徑越大，微波頻率越低。隨著微波頻率的降低，要求慢波葉片的外半徑越來越大。慢波葉片外半徑的增大，又導致螺線管磁場線圈半徑的增大。對于P波段RBWO，往往由于外半徑過大而導致體積、重量超出工程應用中對系統(tǒng)緊湊性的要求。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是：提出一種介質填充緊湊型相對論返波振蕩器，該裝置能夠解決低頻相對論返波振蕩器體積、重量過大的問題，對于研制小尺寸、緊湊型相對論返波振蕩器、推進高功率微波系統(tǒng)的工程應用進程、拓展RBWO的應用領域具有廣闊的應用前景和重要的科研價值。

本發(fā)明采用的技術方案是：在傳統(tǒng)RBWO慢波結構的慢波葉片之間填充介質材料即可。所填介質材料要求具有較大的擊穿場強，相對介電常數(shù)滿足1.5<ε_r<10，可采用高分子聚乙烯、聚四氟乙烯、陶瓷等材料。

采用本發(fā)明可以達到以下技術效果：

1.本發(fā)明在慢波結構葉片之間填充一定的介質材料后，可以降低RBWO產生的微波頻率；

2.本發(fā)明介質填充相對論返波振蕩器可以有效減小低頻RBWO的徑向尺寸，獲得緊湊型低頻RBWO；

3.所填介質材料的徑向尺寸及其相對介電常數(shù)ε越大，填充后微波頻率降低的越多；

3.本發(fā)明可使低頻RBWO裝置的體積減小約30％，重量減小約15％，可顯著提高RBWO裝置的緊湊性。

附圖說明

圖1.傳統(tǒng)RBWO沿中心軸線的剖視圖；

圖2.本發(fā)明所述介質填充RBWO沿中心軸線的剖視圖。

具體實施方式

下面結合附圖以盤荷波導型慢波結構為例對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明，實際上本發(fā)明并不局限于具有盤荷波導型慢波結構的相對論返波振蕩器，本發(fā)明也適用于具有正弦形或梯形慢波結構的相對論返波振蕩器。

圖1所示為傳統(tǒng)RBWO沿中心軸線的剖視圖。傳統(tǒng)RBWO由陰極座1、陰極2、陽極外筒3、截止頸4、慢波結構5、螺線管磁場線圈6組成，整個結構關于中心軸線旋轉對稱。其中，陰極座1、陰極2、陽極外筒3、截止頸4、慢波結構5均為不銹鋼材料，螺線管磁場線圈6采用漆包銅線繞制而成。