[發明專利]一種跨X、Ka波段頻率可調相對論返波振蕩器

有效

• 申請號: 201811057701.3
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109192640B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 葛行軍;張鵬;趙晨煜;王蕾;羅志誠;陳思遙;李志強;張強;袁成衛;張軍;賀軍濤;舒挺;張建德
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H01J25/46
• 分類號: H01J25/46;H01J23/04;H01J23/24
• 代理公司: 長沙中科啟明知識產權代理事務所(普通合伙) 43226
• 代理人: 任合明

1.一種跨X、Ka波段頻率可調RBWO，其特征在于：所述RBWO由內外兩套電磁結構組成，外部電磁結構包括外陰極座(501a)、外陰極(502a)、陽極外筒(503a)、外截止頸(504a)、第一外慢波結構(505a1)、第二外慢波結構(505a2)、隔離段(520)、內導體(506)、外調制腔(518a)、提取腔(514)、外錐形波導(519a)、外微波輸出口(508a)、第一支撐桿(510a1)、第二支撐桿(510a2)、螺線管磁場(509)；內部電磁結構包括內陰極座(501b)、內陰極(502b)、陽極內筒(503b)、內截止頸(504b)、前置反射腔(511)、第一內慢波結構(505b1)、第二內慢波結構(505b2)、內調制腔(518b)、內錐形波導(519b)、內微波輸出口(508b)，外慢波結構與內導體組合后的同軸慢波結構工作波長為λ₁，內慢波結構與內導體組合后的同軸慢波結構工作波長為λ₂，整個結構關于中心軸線旋轉對稱；分別調節陰極的長度，進而改陰極右端至截止頸左端的距離：當調節外陰極(502a)長度，使外陰極(502a)右端至外截止頸(504a)左端的距離在2cm～3cm范圍，產生X波段微波；當調節內陰極(502b)長度，使內陰極(502b)右端至內截止頸(504b)左端的距離在1cm～2cm范圍，產生Ka波段微波；當同時調節外陰極(502a)和內陰極(502b)長度，使外陰極(502a)右端至外截止頸(504a)左端的距離在2～3cm范圍，內陰極(502b)右端至內截止頸(504b)左端的距離在1cm～2cm范圍，同時產生X、Ka波段微波，從而實現對RBWO工作狀態的控制；

外陰極(502a)是一個薄壁圓筒，套在外陰極座(501a)右端，壁厚為0.1mm，外陰極(502a)半徑R₁等于外電子束的半徑；外截止頸(504a)呈圓盤狀，外截止頸(504a)內半徑為R₂，R₂＞R₁，具體尺寸需要根據工作波長λ₁優化設計；外慢波結構包括第一外慢波結構(505a1)、第二外慢波結構(505a2)兩段，由8個相同的慢波葉片組成，第一外慢波結構(505a1)由3個慢波葉片組成，第二外慢波結構(505a2)由5個慢波葉片組成，每個慢波葉片的內表面均是矩形結構，外半徑為R₄，內半徑為R₅，滿足R₄＞R₅＞R₁；慢波葉片長度L₁取值為工作波長λ₁的0.2-0.4倍；外慢波結構與內導體(506)組成的同軸結構的工作模式是同軸慢波結構準TEM模的π模，對應波段為X波段；在第一外慢波結構(505a1)、第二外慢波結構(505a2)之間設置有1個形狀為圓盤狀的外調制腔(518a)，外調制腔(518a)的半徑R₁₄大于慢波結構慢波葉片外半徑R₄；寬度L₉為工作波長λ₁的0.9-1.3倍；在第二外慢波結構(505a2)之后設置有1個形狀為圓盤狀的提取腔(514)，提取腔(514)的內半徑R₁₇和外半徑R₈滿足R₈＞R₁₄＞R₅，長度L₄取值為工作波長λ₁的0.3-0.5倍；提取腔(514)后接外錐形波導(519a)，外錐形波導(519a)的左側內半徑為R₁₇，右側內半徑為R₆，長度為L₁₂，L₁₂取值為工作波長λ₁的1.5-2.5倍；隔離段(520)呈圓盤狀，隔離段外半徑為R₁₆，內半徑為R₁₅，長度L₁₄，具體尺寸需要根據工作波長λ₁、λ₂優化設計；內導體(506)是外半徑為R₃的圓筒，左端與外截止頸(504a)的右端平齊，通過螺紋與隔離段(520)相連，右端通過第一支撐桿(510a1)和第二支撐桿(510a2)固定在陽極外筒(503a)的內壁上；內導體(506)與陽極外筒(503a)之間圍成的圓環空間為外微波輸出口(508a)；第一支撐桿(510a1)位于與錐形波導右側端點距離為L₁₃的位置處，L₁₃為工作波長λ₁的1至2倍；第二支撐桿(510a2)與第一支撐桿(510a1)之間的距離為L₁₁，L₁₁為工作波長λ₁的0.1至0.3倍；外微波輸出口(508a)的右端接天線；螺線管磁場(509)套在陽極外筒(503a)的外壁上；

內陰極(502b)也是一個薄壁圓筒，套在內陰極座(501b)右端，壁厚為0.1mm，內陰極(502b)半徑R₁’等于內電子束的半徑；內截止頸(504b)呈圓盤狀，內截止頸(504b)內半徑為R₂’，R₂’＞R₁’，具體尺寸需要根據工作波長λ₂優化設計；前置反射腔(511)呈圓盤狀，內半徑等于截止頸(504b)內半徑R₂’，外半徑R₇滿足R₇＞R₂'，寬L₃為工作波長λ₂的0.4至0.6倍；內慢波結構包括第一內慢波結構(505b1)、第二內慢波結構(505b2)兩段，由14個相同的慢波葉片組成，第一段內慢波結構由5個慢波葉片組成，第二段內慢波結構由9個慢波葉片組成，每個慢波葉片的內表面均是矩形結構，外半徑為R₄’，內半徑為R₅’，滿足R₄’＞R₅’＞R₁’；慢波葉片長度L₁’取值為工作波長λ₁的0.3-0.4倍；內慢波結構的工作模式是空心慢波結構TM₀₁模的π模，對應波段為Ka波段；在第一內慢波結構(505b1)、第二內慢波結構(505b2)之間設置有1個形狀為圓盤狀的內調制腔(518b)，內調制腔(518b)的半徑R₁₄’大于內慢波結構慢波葉片外半徑R₄’；寬度L₉’為工作波長λ₂的1至2倍；第二內慢波結構(505b2)后接內錐形波導(519b)，內錐形波導(519b)的左側內半徑為R₁₇’，右側內半徑為R₆’，長度為L₁₂’，L₁₂’取值為工作波長λ₂的5-6倍；陽極內筒(503b)與內導體(506)之間圍成的圓環空間為內微波輸出口(508b)；內微波輸出口(508b)的右端接天線。

2.根據權利要求1所述跨X、Ka波段頻率可調RBWO，其特征在于：對于中心頻率為8.4GHz，對應微波波長λ₁＝3.6cm的X波段、中心頻率為32.0GHz，對應微波波長λ₂＝0.9cm的Ka波段頻率可調RBWO的尺寸設計為：R₁＝64mm，R₂＝67mm，R₃＝43mm，R₄＝73mm，R₅＝68mm，R₆＝86mm，R₈＝83mm，R₁₄＝73mm，R₁₅＝38mm，R₁₆＝50mm，R₁₇＝70mm，L₁＝12mm，L₃＝4.5mm，L₄＝14mm，L₉＝36mm，L₁₁＝72mm，L₁₂＝72mm，L₁₃＝54mm，L₁₄＝32mm；R₁’＝17mm，R₂’＝38mm，R₄’＝21mm，R₅’＝19mm，R₆’＝25mm，R₇＝40mm，R₁₄’＝24mm，R₁₇’＝22mm，L₁’＝3.4mm，L₉’＝12mm，L₁₂’＝5mm。