[發明專利]梯形結構的Ka波段同軸渡越時間振蕩器

有效

• 申請號: 202010935241.0
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112038208B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 宋莉莉;陳煜青;趙立山;周揚;令鈞溥;張自成;賀軍濤;張強;葛行軍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H01J23/04
• 分類號: H01J23/04;H01J25/10
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 陳暉

本發明公開了一種梯形結構的Ka波段同軸渡越時間振蕩器。本發明由外導體、內導體、陰極組成，陰極右端懸空，內導體同軸嵌套于外導體內；內導體是外側面刻有凹槽的圓柱體，分別刻有1個內矩形凹槽、7個內梯形凹槽，最右側是一段矩形突起。外導體為內側壁刻有凹槽和斜面的圓筒，外導體內壁凹槽分別與內導體外壁凹槽對應，外導體內壁斜面與內導體梯形凹槽對應；外導體矩形凹槽和內導體矩形凹槽組成反射器，外導體的第一～第四外梯形凹槽和內導體的第一～第四內梯形凹槽組成群聚腔；外導體的第五、第六外梯形凹槽和斜面與內導體的第五、第六、第七內梯形凹槽組成提取腔；本發明可解決振蕩器強場擊穿的問題，實現高功率、高效率、長脈沖的微波輸出。

技術領域

本發明涉及高功率微波技術領域的微波源器件，尤其涉及一種梯形結構的Ka波段同軸渡越時間振蕩器，屬于高功率微波技術領域。

背景技術

高功率微波通常指峰值功率大于100MW、頻率在1～300GHz之間的電磁波，目前已經被廣泛應用于定向能武器、雷達衛星、電子高能射頻加速器、遙感及輻射測量等眾多國防和工業領域。

高功率微波源是產生高功率微波輻射的核心部件，是利用強流電子束與諧振腔的相互作用來產生高功率微波。同軸渡越時間振蕩器利用強流電子束與諧振腔中的本征駐波場進行能量交換，具有高功率、高效率、低導引磁場以及工作模式單一等特點，受到研究人員的廣泛關注。

Ka波段微波是指頻率處于26～40GHz的微波，具有波束窄、頻譜范圍寬、能量密度高、直線傳播、抗干擾能力強等優點。其在衛星通信、雷達制導、科學研究等方面有著廣泛的應用，具有良好的發展前景。同軸渡越時間振蕩器雖然具有諸多優點，但是在Ka波段這樣的高頻段國內外的研究較少。研究Ka波段同軸渡越時間振蕩器具有代表性的是國防科技大學設計的采用矩形諧振腔的器件(簡稱背景技術1)【宋莉莉.Ka波段高功率同軸渡越時間振蕩器的研究[D]；國防科技大學,2018.】。該器件群聚腔和提取腔均是矩形結構。在二極管電壓450kV、電流9.1kA、導引磁場0.6T的條件下，實驗得到了約650MW的輸出微波功率，微波頻率26.5GHz，輸出脈寬為10ns，器件效率(輸出功率/輸入功率)達到16％。該器件輸出功率、效率較高，但是脈沖寬度較窄。主要原因為工作時矩形腔體內部電場強度較大，易發生強場擊穿。

根據文獻【曹亦兵,孫鈞,宋志敏,et al.C波段長脈沖相對論返波管設計與實驗[J].強激光與粒子束,2018,30(05):53-6.】中的研究結果，采用梯形結構可以增大腔體兩側的導體尖端距離，有利于避免導體尖端局部場增強，降低強場擊穿的風險，并且在相同電子束參數和束-結構間距的條件下，電子束感應的靜電場隨著梯形結構斜面傾角的減小而增大。所以采用梯形結構的同軸渡越時間振蕩器可以降低腔內電場強度，有助于實現長脈沖輸出。文獻雖然提到了梯形結構可以降低腔體內部電場強度，但是沒有給出具體梯形結構如何設計的具體方案，目前還沒有采用梯形腔體結構的Ka波段同軸渡越時間振蕩器的公開報告。

由上可知同軸渡越時間振蕩器具有低導引磁場、輸出功率高、輸出效率高等優點，但在Ka波段的研究較少，尤其是同時實現高效率、高功率和長脈沖輸出的Ka波段同軸渡越時間振蕩器的技術方案尚未有公開報道。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種梯形結構的Ka波段同軸渡越時間振蕩器，降低同軸渡越時間振蕩器工作時腔體內部電場強度，從而解決Ka波段同軸渡越時間振蕩器工作時發生的強場擊穿的問題，實現高功率、高效率、長脈沖的微波輸出。

本發明的技術方案是：