[發明專利]一種四段式介質加載回旋行波管高頻互作用結構

有效

• 申請號: 202011275614.2
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112420470B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 徐勇;毛婭;鄭智斌;劉智航;田辰彥;吳高磊;羅勇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01J23/40
• 分類號: H01J23/40;H01J23/46
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 鄧黎

本發明公開了一種四段式介質加載回旋行波管高頻互作用結構，涉及微波、毫米波電真空器件技術領域。該結構包括依次連接的輸入光滑波導段、介質加載互作用段、角向功分型漂移段、輸出光滑波導段。電子注在角向功分型漂移段中只作漂移運動，群聚狀態會得到進一步加強，最后群聚好的回旋電子注運動到輸出光滑波導段，在輸出光滑波導段中發生強烈的電子注?波互作用，輻射出高功率電磁波。本發明有效地降低了介質加載段的電磁耗散功率，提高回旋行波管的功率容量，同時有效增加了散熱面積，解決了因吸收過量的高功率電磁波能量而過熱出氣的問題，提高了回旋行波管的功率容量。

技術領域

本發明涉及微波、毫米波電真空器件技術領域，具體地說是一種新型介質加載回旋行波管高頻互作用結構。

背景技術

介質加載回旋行波管是一種非常重要的高功率微波、毫米波電真空器件，以其寬帶、高功率的特點，在通信、雷達、電子戰、陶瓷加工、受控熱核聚變等軍事以及民用領域有著廣泛的應用前景，因而在國際上以及國內受到高度重視。

介質加載回旋行波管的高頻互作用系統是回旋行波管的核心，其性能影響著回旋行波管的工作帶寬、效率、增益以及功率容量等性能指標。由于傳統的介質加載回旋行波管的高頻互作用系統為三段式結構，包括輸入光滑波導段、介質加載互作用段、輸出光滑波導段三個部分。在傳統回旋行波管中，由于其輸出系統的反射，在高平均功率條件下，會引起過量的高功率電磁波直接反射到介質加載互作用段，造成介質加載互作用段的末端損耗介質因吸收過量的高功率電磁波能量而過熱出氣，進而影響回旋行波管的穩定工作。此外，在高頻互作用系統的介質加載互作用段中，沿縱向電磁能量分布隨著電子注-波互作用的加深而非線性快速增長，特別是在介質加載互作用段的輸出末端，其電磁能量密度最高，而高密度電磁能量分布必然引起高密度電磁能量介質吸收。在高平均功率條件下，會引起介質加載互作用段的輸出末端介質因吸收過量的高功率電磁波能量而過熱出氣，這也會影響回旋行波管的穩定工作。因此，如何實現高平均功率輸出是傳統介質加載回旋行波管的一個技術瓶頸問題。

發明內容

為了解決傳統介質加載回旋行波管高平均功率輸出的技術瓶頸。本發明提出一種四段式介質加載回旋行波管高頻互作用結構。與傳統介質加載回旋行波管三段式高頻互作用結構相比，本發明四段式介質加載回旋行波管高頻互作用結構在介質加載互作用段和輸出光滑波導段之間引入了一個漂移段，在漂移段中，回旋電子注與工作模式之間幾乎不發生注-波互作用，可以近似的認為它只作慣性漂移運動，在此過程中進一步加深群聚，并為最終在輸出光滑段中發生強烈注-波互作用，輻射出高功率電磁波作準備。

本發明采用的技術方案如下：

一種四段式介質加載回旋行波管高頻互作用結構，包括依次連接的輸入光滑波導段、介質加載互作用段、漂移段、輸出光滑波導段。

所述輸入光滑波導段、輸出光滑波導段均為光滑金屬圓波導。

所述介質加載互作用段為衰減陶瓷材料制成的全加載陶瓷筒狀結構；或者由周期性交錯設置的金屬圓波導A、介質加載陶瓷環構成，且介質加載互作用段的兩端均為介質加載陶瓷環。

其特征在于：所述漂移段為角向功分型漂移段，該漂移段包括：金屬圓波導B及其外壁角向均勻分布的若干個斜入式矩形功分波導；所述斜入式矩形功分波導與輸出光滑圓波導間夾角為θ(θ90°)；所述斜入式矩形功分波導內加載有吸波結構。

進一步地，所述吸波結構為由吸波材料制成的尖劈型結構，尖劈型結構的寬邊與斜入式矩形功分波導的寬邊相等。

在四段式介質加載回旋行波管高頻互作用結構中，首先電子槍發射的回旋電子注在輸入光滑波導段受到輸入工作模式的調制。離開輸入光滑波導段后，回旋電子進入介質加載互作用段，在介質加載互作用段中，回旋電子與工作模式發生注-波互作用，并沿軸向逐漸加深對回旋電子的調制，完成回旋電子的預群聚。在離開介質加載互作用段后，回旋電子進入漂移段作漂移運動，進一步加深群聚，最后在輸出光滑波導段進行強烈的注-波互作用并輻射出高功率電磁波。