[發(fā)明專利]測試腔、HPM傳輸波導擊穿實驗裝置及研究擊穿問題的方法

有效

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• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107238784B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發(fā)明（設計）人: 謝佳玲;陳昌華;伍成;常超;曹亦兵
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: G01R31/24
• 分類號: G01R31/24;G01R31/25;G01R31/12;H01J23/20;H01J9/42
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

鑒于對HPM源中的強電磁場真空擊穿問題研究的必要性和擊穿機理研究的困難，本發(fā)明提供了一種測試腔、HPM傳輸波導擊穿實驗裝置以及利用該裝置研究擊穿問題的方法。其中測試腔包括兩個相同的反射腔；反射腔的內(nèi)腔為圓筒狀，反射腔的半徑r_a和寬度l_a滿足當測試腔內(nèi)注入TM₀₁模式的電磁波時，反射腔內(nèi)激勵起的電磁波為TM₀₂₀模式；沿反射腔軸向方向，反射腔內(nèi)電場分布非對稱，反射腔兩側(cè)場強幅值差至少為300kV/cm；兩個反射腔通過第一直波導相連，兩個反射腔之間的距離l_c為15?25mm；兩個反射腔的自由端分別連接有長度均大于50mm的第二直波導和第三直波導；第一、第二和第三直波導均為圓波導。

技術領域

本發(fā)明屬于高功率微波傳輸技術領域，涉及一種高功率微波傳輸波導擊穿實驗裝置及其測試腔以及利用該裝置研究擊穿問題的方法。

背景技術

隨著高功率微波(High Power Microwave，HPM)源的輸出功率逐步提高，HPM源內(nèi)部及傳輸波導中易發(fā)生強電磁場真空擊穿，導致HPM源輸出功率下降、脈寬縮短，這限制了HPM源的功率容量，大幅降低了HPM源的可靠性和壽命，成為HPM技術進步的瓶頸。因此，開展對HPM源及傳輸波導中強電磁場真空擊穿機理及抑制方法的研究十分迫切。

強電磁場真空擊穿是指真空中由于種子電子誘導而在強電磁場作用下發(fā)展起來的一種等離子體放電現(xiàn)象，涵蓋了種子電子產(chǎn)生、電子與強電磁場作用獲取能量、電子與材料作用產(chǎn)生等離子體以及等離子體與微波作用的全過程。強電磁場真空擊穿廣泛存在于高能加速器和HPM源中，擊穿導致的結(jié)構破壞和產(chǎn)生的等離子體極大地破壞了器件的工作穩(wěn)定性，影響了器件的壽命。

目前，高能加速器中的強電磁場真空擊穿問題已經(jīng)得到了較為深入的研究，從上世紀90年代起，HPM源中的強電磁場真空擊穿問題逐漸得到關注，關于其研究主要借鑒了高能加速器中的相關理論。但是HPM源微波脈沖短，電磁場功率密度高，高頻結(jié)構是低Q腔，有強引導磁場，與高能加速器差異巨大，高能加速器中強電磁場真空擊穿的相關理論無法完全適用于HPM源，因此開展針對HPM源中的強電磁場真空擊穿研究十分必要。

由于HPM源高頻結(jié)構內(nèi)部環(huán)境復雜，例如相對論返波管(Relativistic BackwardWave Oscillator，簡稱RBWO)中存在軸向強引導磁場、二極管發(fā)出的強流相對論電子束等，且各高頻結(jié)構的場分布不同，開展研究困難。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于對HPM源中的強電磁場真空擊穿問題研究的必要性和擊穿機理研究的困難，本發(fā)明提供了一種測試腔、HPM傳輸波導擊穿實驗裝置以及利用該裝置研究擊穿問題的方法。本發(fā)明選擇在傳輸波導段開展擊穿研究，一方面可獲得不同材料、不同表面態(tài)的擊穿閾值，為HPM源內(nèi)部和傳輸波導的擊穿閾值提供參考，同時材料和表面態(tài)的擊穿閾值規(guī)律研究可為提高擊穿閾值提供支撐；另一方面可研究擊穿中的電子發(fā)射和轟擊過程，分析擊穿基本機理。

本發(fā)明的技術解決方案是：

用于HPM傳輸波導擊穿實驗的測試腔，其特殊之處在于：所述測試腔為雙微波腔，包括兩個相同的反射腔；所述反射腔的內(nèi)腔為圓筒狀結(jié)構，反射腔的半徑r_a和寬度l_a滿足當測試腔內(nèi)注入TM₀₁模式的電磁波時，反射腔內(nèi)激勵起的電磁波為TM₀₂₀模式；沿反射腔軸向方向，反射腔內(nèi)電場分布非對稱，反射腔兩側(cè)場強幅值差至少為300kV/cm；

兩個反射腔通過第一直波導相連，兩個反射腔之間的距離l_c為15-25mm；

兩個反射腔的自由端分別連接有長度均大于50mm的第二直波導和第三直波導；

所述第一直波導、第二直波導和第三直波導均為圓波導。