[發明專利]一種多天線耦合輸出結構的相對論磁控管

有效

• 申請號: 201611158097.4
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN107093540B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 王冬;秦奮;徐莎;張勇;李春霞
• 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: H01J25/50
• 分類號: H01J25/50;H01J23/36
• 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

本發明公開了一種多天線耦合輸出結構的相對論磁控管，包括陰極、陽極外筒和設置在陽極外筒內的陽極塊，所述陰極設置在陽極外筒內且兩者同軸心設置，所述陽極塊設置在陰極與陽極外筒之間且陽極塊與陽極外筒的內壁連接；所述陽極外筒內設置有耦合天線，所述耦合天線的一端與陽極塊連接，耦合天線的另一端懸空，耦合天線與陽極外筒軸向平行；本發明由于采用了耦合天線內部放置的方法，整個輸出結構是沿陰陽極的軸向延伸，系統的橫向尺寸僅由微波管自身的陰陽極決定，因此結構較為緊湊。且由于輸出結構不會額外增加微波管的橫向尺寸，有利于外部磁場產生系統的小型化設計；另外此種相對論磁控管，其輸出模式可以根據需要進行改變。

技術領域

本發明屬于高功率微波技術領域，具體涉及一種多天線耦合輸出結構的相對論磁控管，本發明可以應用于高功率微波技術領域的微波產生系統。

背景技術

隨著高功率微波技術的發展，高功率微波技術研究越來越考慮實際的應用需求，這對于高功率微波裝置的小型化，輕量化設計提出了較高的要求。

相對論磁控管（Relativistic Magnetron，簡稱RM）是重要的高功率微波管之一，它是普通磁控管在高電壓、大電流方向的直接外推。目前相對論磁控管的研究重點是盡量提高效率，并縮小系統的體積和重量以適應多種小型化應用需求。圍繞這一需求，各國學者進行了大量研究。在其輸出結構的研究報導中，傳統徑向輸出結構由于采用縫隙耦合輸出，容易導致微波擊穿，不利于系統功率容量的提高；其次，采用傳統徑向輸出結構要想在互作用空間產生均勻磁場則要用一對 Helmholtz 線圈，這時磁路系統的尺寸很龐大，不利于系統的小型化。隨著相對論磁控管輸出結構研究的深入，近年來研究學者提出了衍射輸出和全腔提取輸出兩種輸出結構。

衍射輸出結構是指將磁控管的諧振腔（部分或者全部諧振腔）在軸向光滑漸變到一個喇叭天線，然后通過圓波導由喇叭天線輸出能量。由于其避免了縫隙耦合輸出能量，磁控管功率容量相比于傳統徑向輸出方式有明顯提高。美國新墨西哥大學的Mikhail. I.Fuks小組運用粒子模擬軟件開展了帶透明陰極的衍射輸出相對論磁控管設計，設計結果在2.45GHz頻率上，輸出功率達到1.4GW，效率達到70%。稍顯不足的是，在尺寸方面，衍射輸出磁控管漸變輸出口尺寸較大，增大了磁體小型化設計的難度。

Greenwood 和Hoff等人提出了全腔提取軸向輸出結構，該結構將磁控管相鄰諧振腔耦合孔以沿中心線對稱的形式與一個扇形輸出波導相連，當磁控管工作在π模時，扇形輸出波導中將激勵起TE₁₁模。與傳統徑向輸出磁控管相比，這種結構具有對稱輸出的特點，對磁控管工作狀態影響較小。由于輸出微波以基模傳輸，其徑向尺寸相比于衍射輸出結構可以有一定減小。但由于多根耦合輸出波導與磁控管諧振腔體同軸設置，所以系統橫向尺寸仍然較大。

發明內容

本發明提供一種新型輸出結構的相對論磁控管，該輸出結構與已有的輸出結構相比，具有結構簡單緊湊、易于實現，不會額外增加系統橫向尺寸的優點。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種多天線耦合輸出結構的相對論磁控管，包括陰極、陽極外筒和設置在陽極外筒內的陽極塊，所述陰極設置在陽極外筒內且兩者同軸心設置，所述陽極塊設置在陰極與陽極外筒之間且陽極塊與陽極外筒的內壁連接；所述陽極外筒內設置有若干根耦合天線，所述耦合天線的一端與陽極塊連接，耦合天線的另一端懸空，耦合天線與陽極外筒軸向平行。

在上述技術方案中，所述陽極外筒內設置有若干個陽極塊，每兩個陽極塊之間設置有間隙構成諧振腔。

在上述技術方案中，所述若干個陽極塊沿角向均勻環繞軸心。

在上述技術方案中，所述若干根耦合天線沿角向均勻環繞軸心。

在上述技術方案中，所述與陽極塊連接的耦合天線的數目可調，與相連的陽極塊的相對位置可調。