[發(fā)明專利]局部非均勻磁場(chǎng)工作的速調(diào)型相對(duì)論返波管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811119996.2
• 申請(qǐng)日: 2018-09-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109243943B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖仁珍;宋志敏;楊德文;史彥超;陳昌華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北核技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H01J25/16
• 分類號(hào): H01J25/16;H01J25/10;H01J23/087
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 唐沛

本發(fā)明屬于微波激射器領(lǐng)域，特別是涉及一種局部非均勻磁場(chǎng)工作的速調(diào)型相對(duì)論返波管。其在保證電子束收集位置與提取腔存在一定間距的同時(shí)還可以提高其束波轉(zhuǎn)換效率。該返波管的結(jié)構(gòu)主要包括包括返波管管體、環(huán)形陰極、第一個(gè)預(yù)調(diào)制腔、第二個(gè)預(yù)調(diào)制腔、諧振反射器、第一段慢波結(jié)構(gòu)、調(diào)制腔、第二段慢波結(jié)構(gòu)、提取腔、同軸收集極、電子束以及磁場(chǎng)線圈；磁場(chǎng)線圈包括第一線圈和第二線圈，第一線圈和第二線圈之間設(shè)置有軟磁材料環(huán)；第一線圈、第二線圈、軟磁材料環(huán)三者共同作用產(chǎn)生局部非均勻磁場(chǎng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波激射器領(lǐng)域，特別是涉及一種局部非均勻磁場(chǎng)工作的速調(diào)型相對(duì)論返波管。

背景技術(shù)

相對(duì)論返波管是當(dāng)前最有潛力的HPM(high power microwave---高功率微波)器件之一，具有輸出微波功率和轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)定可靠、適合重復(fù)頻率脈沖工作等特點(diǎn)，是國(guó)內(nèi)外HPM器件研究的重點(diǎn)。

2009年，提出了一種結(jié)合渡越輻射和切倫科夫輻射的速調(diào)型相對(duì)論返波管，詳見(jiàn)文獻(xiàn)《Efficiency enhancement of a high power microwave generator based on arelativistic backward wave oscillator with a resonant reflector[J],RenzhenXiao,Changhua Chen,Xiaowei Zhang,and Jun Sun,Journal of Applied Physics,105,053306,2009》，其具有更高的束波轉(zhuǎn)換效率和輸出功率，近年來(lái)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。

現(xiàn)有的一種速調(diào)型相對(duì)論返波管如圖1所示，其結(jié)構(gòu)包括返波管管體11、環(huán)形陰極1、第一個(gè)預(yù)調(diào)制腔2、第二個(gè)預(yù)調(diào)制腔3、諧振反射器4、第一段慢波結(jié)構(gòu)5、調(diào)制腔6、第二段慢波結(jié)構(gòu)7、提取腔8、同軸收集極9、電子束10和磁場(chǎng)線圈12。

環(huán)形陰極1位于返波管管體11前部，在高壓脈沖作用下向管內(nèi)發(fā)射環(huán)形相對(duì)論電子束10；第一個(gè)預(yù)調(diào)制腔2、第二個(gè)預(yù)調(diào)制腔3、諧振反射器4、第一段慢波結(jié)構(gòu)5、調(diào)制腔6、第二段慢波結(jié)構(gòu)7、提取腔8和同軸收集極9依次置于管體內(nèi)，與環(huán)形陰極1相隔一定距離；磁場(chǎng)線圈12安裝在返波管管體11外圍。

工作時(shí)，環(huán)形陰極1在高壓脈沖作用下向管內(nèi)發(fā)射環(huán)形相對(duì)論電子束10，在磁場(chǎng)線圈12產(chǎn)生的近似均勻磁場(chǎng)的引導(dǎo)下，經(jīng)過(guò)第一個(gè)預(yù)調(diào)制腔2和第二個(gè)預(yù)調(diào)制腔3，電子束10獲得一定的預(yù)調(diào)制；經(jīng)過(guò)諧振反射器4和第一段慢波結(jié)構(gòu)5，與電磁波產(chǎn)生初步相互作用，調(diào)制進(jìn)一步加深；隨后，電子束10經(jīng)過(guò)調(diào)制腔6，群聚效果不受影響，但電子束10的速度分散減小，這利于電子束與后續(xù)結(jié)構(gòu)中電磁波的相互作用；接下來(lái)，電子束10進(jìn)入第二段慢波結(jié)構(gòu)7以及提取腔8，電子束10的能量轉(zhuǎn)化為微波能量，作用后的電子束10稍經(jīng)擴(kuò)展后被同軸收集極9吸收。產(chǎn)生的部分微波向環(huán)形陰極1端傳輸，被諧振反射器4、第二個(gè)預(yù)調(diào)制腔3和第一個(gè)預(yù)調(diào)制腔2反射，重新經(jīng)過(guò)第一段慢波結(jié)構(gòu)5、調(diào)制腔6、第二段慢波結(jié)構(gòu)7以及提取腔8后輸出。

利用上述返波管，在二極管電壓740kV，電流8.8kA時(shí)，可產(chǎn)生3.6GW的微波功率，微波頻率為4.22GHz，束波轉(zhuǎn)換效率55％。其中磁場(chǎng)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)如圖2所示，為近似均勻分布，可由以下函數(shù)進(jìn)行描述：

式中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，z_a和z_b為軸向位置常數(shù)。具體地，B＝2.3T,z_a＝2.0cm,z_b＝56.7cm。

如果使電子束10收集的位置向提取腔8移動(dòng)，可以使束波轉(zhuǎn)換效率增加，但這樣會(huì)導(dǎo)致收集極產(chǎn)生的等離子體迅速擴(kuò)散到整個(gè)提取腔，從而引起嚴(yán)重的功率降低和脈沖縮短。因此，實(shí)驗(yàn)中通常要求電子束收集位置與提取腔相距大于1.5cm，但是這樣一來(lái)就限制了實(shí)驗(yàn)中束波轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容