[發明專利]一種永磁封裝的緊湊型Ku波段三軸相對論速調管放大器

在審

• 申請號: 202110871283.7
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113594009A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 巨金川;周云霄;張威;張軍;陳英豪;張發寧
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H01J25/16
• 分類號: H01J25/16;H01J23/027;H01J23/12;H01J23/18
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本發明屬于高功率微波技術領域，公開了一種永磁封裝的緊湊型Ku波段三軸相對論速調管放大器(TKA)，包括陰極座201、陽極外筒202、陰極203、內導體204、注入腔205、第一群聚腔206、第一反射腔207、第二群聚腔208、第二反射腔209、提取腔210、電子束收集極211、錐波導212、反饋環213、微波輸出口214、注入波導215、左側永磁體磁場216a和右側永磁體磁場216b，整體結構關于中心軸線旋轉對稱。本發明為HPM空間相干功率合成所需的模塊化TKA提供了一種可行的技術方案，通過高頻電磁結構的合理優化和利用腔體間的TEM模正反饋能量耦合來縮短器件的軸向長度，通過采用徑向充磁的高磁性材料釹鐵硼設計永磁體磁場，首次實現了Ku波段TKA一百公斤以內的永磁封裝設計。

技術領域

本申請涉及高功率微波技術領域的微波源器件，特別是涉及一種永磁封裝的緊湊型Ku波段三軸相對論速調管放大器。

背景技術

高功率微波(High Power Microwave,HPM)通常是指峰值功率大于100MW、頻率在1～300GHz之間的電磁波。隨著高功率微波技術領域的發展，為實現數十GW甚至是上百GW的HPM輸出，研究人員提出了利用多個具有鎖頻鎖相特性的HPM源進行空間相干功率合成的技術路線。

三軸相對論速調管放大器(Triaxial Klystron Amplifier,TKA)是一種基于電子束分布調制理論的HPM源器件，其利用相互獨立的同軸諧振腔結構實現電子束的調制、群聚、能量轉換和微波提取，能夠在高頻段(X及以上波段)實現鎖頻鎖相的HPM輸出，是實現高頻段HPM空間相干功率合成的優選器件之一。

然而，TKA器件中電子束的調制和群聚分布在器件的不同區域中，相鄰調制區域之間需要較長的漂移段來確保電子束的充分群聚。因此，在相同工作頻率下，與電子束的調制和群聚在同一區域進行的HPM振蕩器相比較，TKA的軸向尺寸要長很多。一般的，HPM源器件中電子束的軸向傳輸需要外加導引磁場進行約束，且此外加導引磁場通常由通電螺線管產生。由于TKA的軸向尺寸較長，因此在同一強度外加導引磁場下，TKA工作所需的通電螺線管尺寸明顯大于同一工作頻率HPM振蕩器工作所需的通電螺線管尺寸。

通電螺線管尺寸的增大，一方面會導致通電螺線管能耗的上升；另一方面，通電螺線管及其附屬的供能和水冷系統會導致HPM系統體積和能耗的增大，不利于TKA的模塊化集成。

為提高整個HPM系統的能量利用率并減小系統體積，研究人員提出利用永磁體代替通電螺線管的方法。然而，由于TKA器件工作所需磁場強度較高以及TKA器件的軸向長度比同頻段的HPM振蕩器長很多，研究人員尚未實現TKA的模塊化永磁封裝。

發明內容

基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種永磁封裝的緊湊型Ku波段三軸相對論速調管放大器，能夠實現TKA的模塊化永磁封裝。

一種永磁封裝的緊湊型Ku波段三軸相對論速調管放大器，所述永磁封裝的緊湊型Ku波段三軸相對論速調管放大器包括：

用于永磁封裝的永磁體，以及設置在所述永磁體內的三軸相對論速調管放大器；

所述三軸相對論速調管放大器包括：注入腔、內導體、第一群聚腔和陽極外筒；

所述注入腔包括相對設置的注入腔內筒和注入腔外筒；所述注入腔內筒固定設在所述內導體上；所述注入腔外筒為同軸環形諧振腔，固定設在所述注入腔內筒和所述第一群聚腔之間，并且固定設在所述陽極外筒的內壁上；

所述注入腔內筒的內半徑為R5，寬度為L5，與所述內導體204左側端面的距離為L4；所述注入腔外筒的內半徑為R6，外半徑為R7，寬度為L6；所述注入腔外筒在正對所述注入腔內筒的位置設有寬度為L5的開口；L5的取值為工作波長λ的四分之一，L6的取值為工作波長λ的四分之三。