[發明專利]一種Ku波段相對論返波振蕩器

有效

• 申請號: 201610077500.4
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN105551917B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 丁恩燕;陸巍;張運儉;孟凡寶;楊周柄;李正紅;馬喬生;吳洋;吳朝陽
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院應用電子學研究所
• 主分類號: H01J23/20
• 分類號: H01J23/20;H01J23/24
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司51214
• 代理人: 詹永斌

技術領域

本發明專利涉及高功率微波器件技術領域，具體涉及一種Ku波段相對論返波振蕩器。

背景技術

高功率微波一般是指峰值功率在 100MW 以上、工作頻率為 1～300GHz 范圍內的電磁波。目前高功率微波的產生一般要依靠高能量的相對論電子束的原理，利用慢波結構上的返波與電子注相互作用而產生微波振蕩。契倫柯夫器件是高功率微波器件中人們認識得較早、也是研究得較為深入的器件，而相對論返波管又是契倫柯夫器件中的佼佼者。

通常用 Pf2因子衡量高功率微波器件的性能，即微波峰值功率與輻射電磁波頻率平方的乘積。該因子的物理意義是從固定尺寸天線發射的微波信號在目標上的功率密度正比于 Pf2。毫米波通常是指波長在 1mm～10mm 范圍內的電磁波，其相應的頻率范圍為30GHz～300GHz。毫米波的波長介于光波和常規微波之間，具有光波的高探測精度和常規微波的全天候工作性能，因此兼有兩者的優點而克服了各自的不足。

盡管毫米波技術有著誘人應用前景，但普通毫米波器件工作在高功率水平時

遇到的主要障礙是功率容量限制。以 O 型慢波器件為例，為保證有效的束波作用和可控的輸出模式，其橫向尺寸需小于相應的自由空間波長，即滿足所謂單模條件；隨著頻率的升高與波長的縮短，器件電動力學結構的幾何尺寸需相應地減小。因而在毫米波段，器件內部作用空間較小，功率容量受到限制。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種Ku波段相對論返波振蕩器，在引導磁場1T，電子束參數電壓220kV，電流1.5kA加載下，可產生波長8毫米，功率為200MW的高功率微波。

為滿足上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種Ku波段相對論返波振蕩器，包括外筒和設置在外筒內的若干個帶有中心孔的慢波結構，所述慢波結構為矩形結構，每一個慢波結構的周期一致，且每一個慢波結構的中心孔內徑不一致。

在上述技術方案中，所述振蕩器沿著輸入端方向向輸出方向慢波結構的中心孔直徑逐步減小。

在上述技術方案中，所述振蕩器沿著輸入端方向向輸出方向第一個慢波結構、第二個慢波結構、第三個慢波結構的中心孔直徑逐步減小。

在上述技術方案中，所述振蕩器沿著輸出端方向向輸入方向第一個慢波結構、第二個慢波結構、第三個慢波結構的中心孔直徑逐步減小。

在上述技術方案中，所述振蕩器沿著輸入端方向向輸出方向除開第一、第二和最后兩個慢波結構，其他的慢波結構中心孔直徑相同。

在上述技術方案中，所述振蕩器的具有14個周期為3.3mm、外徑波紋深度為7.5mm的慢波結構，所述外徑波紋深度為7.5mm的慢波部分軸向長度為1.65mm，從輸入端到輸出端第一個、第二個、第十三個、第十四個慢波結構的內徑為6.6mm、6.4mm、6.8mm、7.2mm，其他慢波結構的內徑為6.0mm。

在上述技術方案中，在使用時：

在電壓為220KV、電流為1.5KA、軸向磁場強度為1T的磁場引導下施加一束電子束輸入到振蕩器內，沿著所述振蕩器的中心軸線施加一束內徑為5.2mm、外徑為5.6mm的環形空心電子束，

所述電子束在慢波結構區內完成電子束能量轉化為高頻微波場輸出波長為8mm功率為200MW的微波。

在上述技術方案中，所述振蕩器的慢波結構與外筒或一體化設置，或慢波結構與外筒分離設置。

與現有技術相比，本發明的優點在于：通過在振蕩器慢波結構起始及結束部分采用慢波結構徑向尺寸階梯分布，有利于高功率微波的快速起振及提高束波能量轉換效率，可以在較低電壓下產生高峰值功率微波。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

其中： A尺寸是7.5mm； B尺寸是6.0mm； C尺寸是6.6mm； D尺寸是6.4mm； E尺寸是6.8mm； F尺寸是7.2mm； G尺寸是3.3mm； H尺寸是1.65mm。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明作詳細的說明。

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

如圖1所述，本發明的振蕩器主要為兩部分，一是外圍的外筒，二是內部的慢波結構，本發明的振蕩器結構上和現有的相對論返波振蕩器一致，而本發明的核心點在于對慢波結構中的內徑直徑的變化，從而實現將高能電子束轉換為微波。