高功率径向线相对论速调管放大器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高功率微波技术领域的一种高功率微波源，尤其是一种高功率径向线相对论速调管放大器。
【背景技术】
[0002]高功率微波(根据Benford和Swegle的约定，指频率1GHz?100GHz，瞬时功率大于100MW)技术取得快速发展，其在众多领域中的诱人前景引起了很多国家的广泛关注和大量资金研究投入。为了推进高功率微波技术在工业和军事领域的发展，进一步提高作用目标的等效辐射功率密度，高功率微波空间功率相干合成技术成为最关键技术之一。相对论速调管放大器由于其锁频锁相特性，成为空间功率相干合成技术的首选器件。在相对论速调管放大器中，电子束的产生、束波互作用及微波的提取、电子束的收集这几种功能都在不同的区域分开完成，从而每一种功能都可以独立地调试到最佳，因此具有高功率、高效率的优点，是高功率微波源的重要发展方向之一。
[0003]按照电子束的发射与传输方向，相对论速调管放大器可分为轴向相对论速调管放大器和径向相对论速调管放大器，目前，轴向相对论速调管放大器在L?X等中低波段已取得了 GW级微波输出，但在向Ku、Ka等高频段拓展时，由于其横向尺寸的减小，会遇到空间电荷效应强，功率容量低等瓶颈问题，限制了其在高频段的发展潜力。而径向速调管放大器由于其腔体体积增大，可克服这些缺点，在高频段具有输出高功率、长脉冲微波的潜力。
[0004]径向速调管放大器的概念最初是美国Phillips实验室的Arman学者提出【M.J.Arman, High power Radial Klystron Oscillator.SPIE proceedings, Vol.2557, SanDiego, USA, 1995,21?31】，该器件采用金属箔高频结构，所以无需外加导引磁场，结构较为紧凑。但金属箔难以引导电子束沿径向长距离传输，且在强流相对论电子束的轰击下容易产生等离子体，干扰器件的正常工作，因此，该概念器件在实际上难以输出高功率微波。
[0005]为了满足高功率微波在工业和军事领域的应用需求，发展在高频段具有输出高功率、长脉冲和可重频运行的高功率微波放大器已迫在眉睫。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是克服传统轴向相对论速调管放大器向高频段拓展时遇到的空间电荷效应增强、功率容量低而导致的输出微波功率不足问题，提出一种在Ku、Ka等高频段具有输出高功率、长脉冲微波潜力并且可以重频运行的径向线相对论速调管放大器。
[0007]本发明的技术方案是:
[0008]—种径向线相对论速调管放大器，由二极管阴极、二极管阳极、第一谐振腔面板、第二谐振腔面板组成，材料均为不锈钢；二极管阴极连接脉冲功率驱动源阴极，二极管阳极与第一谐振腔面板的左端均连接脉冲功率驱动源阳极，第一谐振腔面板与第二谐振腔面板的右端均连接微波辐射系统。本发明径向线相对论速调管放大器为旋转轴对称结构，定义二极管阴极的中心轴为旋转对称轴00’ ；靠近二极管阳极的一侧为左端，靠近第二谐振腔面板的一侧为右端；靠近旋转对称轴00’的一侧为内侧，远离旋转对称轴00’的一侧为外侧。
[0009]二极管阴极由阴极底座和电子发射凸台组成:阴极底座为半径&、长度Q的圆柱体，其左端连接脉冲功率驱动源的阴极，氏不宜过小，也不宜过大，一般^的取值范围为(60?120)mm，Q可根据实际装配需求取值，一般L i应满足L ^ 30mm ;阴极底座右端连接有电子发射凸台，电子发射凸台为外半径R2的圆环凸台，内半径等于Ri，R2= R #_，电子发射凸台用于发射电子束，其宽度W决定发射电子束的宽度，一般W应满足3mm，电子发射凸台右侧与阴极底座右侧端面距离为L2，L2应满足L2< 6mm,以避免二极管阴阳极之间发生高电压击穿，电子发射凸台可采用螺纹的形式固定在阴极底座上，两者也可以一体化加工；
[0010]二极管阳极由阳极导体和输入调节环组成:阳极导体为圆筒结构，其左端连接脉冲功率驱动源阳极，阳极导体内半径为R3，R3与阴极底座的半径Ri共同决定二极管的阻抗，私与R i之差越大，二极管阻抗越高，一般R 3与R之差满足20mm ( (R 3-札)(50mm,阳极导体外半径为R3+20mm，阳极导体长度为1^，1^可由实际装配条件决定，一般L 3应满足L3^ 30mm ;阳极导体的右端连接有输入调节环，输入调节环为圆环结构，其右端距离阳极导体右端面1^4，当径向线相对论速调管放大器输出微波的波长为λ时，则L4?λ/7，输入调节环内半径与阳极导体的外半径R4相同，夕卜半径为R5，R5?R4+3mm,输入调节环的长度为L5，L5的取值范围为(2?5)_，输入调节环用于调节径向线相对论速调管放大器输入微波的吸收效率；阳极导体与输入调节环为一体化加工；
[0011]第一谐振腔面板由输入波导壁、谐振腔左面板、收集极和输出波导壁组成:输出波导壁为圆筒结构，其左端连接脉冲功率驱动源阳极，右端连接谐振腔左面板，输入波导壁内半径为R6，R产R4+5mm，外半径为R7，R产R 6+8mm，长度为L6，L6= L 3，输入波导壁和阳极导体之间的间隙构成径向线相对论速调管放大器的微波输入波导，微波输入波导宽度为(R6_R4)，约为5mm ;谐振腔左面板为圆环形面板，其内侧连接输入波导壁，外侧右端面连接收集极，谐振腔左面板内半径等于输入波导壁的外半径R7，谐振腔左面板的右侧端面上挖有两组圆环形凹槽，沿径向由内而外分别为群聚腔环形槽和输出腔环形槽:群聚腔环形槽的个数一般为1?3个，每个槽的深度均为L7，槽宽度均为氏，槽间距均为H2，L7= L 2，Η产λ/3，Η产Η/2，群聚腔环形槽第一个槽的内半径为R9，R9> (R7+3X λ);输出腔环形槽的个数一般也为1?3个，每个槽的深度均为Ls，槽宽度均为H3，槽间距均为H4，L8^ L 7，Η产H pH产Η 2，输出腔环形槽第一个槽的内半径为。彡(R9+3X λ)，谐振腔左面板的厚度为L9，Lg= L 3-L6，外半径为Rs，R8^ (R10+ λ );收集极为圆环结构，其左端连接谐振腔左面板，右端连接输出波导壁，收集极外半径等于谐振腔左面板的外半径Rs，内半径为Rn，Rn大于输出腔环形槽最外侧槽的外半径，收集极宽度为L1()，L10^ λ/3 ;输出波导壁为圆筒结构，左端连接收集极，输出波导壁外半径等于谐振腔左面板的外半径Rs，内半径为R12，R12等于输出腔环形槽最外侧槽的外半径，输出波导壁的长度为Ln，Ln的取值需根据实际装配需要得到，一般应满足Ln多30mm。输入波导壁、谐振腔左面板、收集极和输出波导壁可一体化加工，或通过焊接连接。
[0012]第二谐振腔面板由谐振腔右面板、输出调节环与阳极壁组成:谐振腔右面板为圆筒结构，内半径为R1；5，R1；5等于阳极导体内半径Ry外半径为R19，R19略小于输出波导壁内半径R12，一般R19?R 12- λ /3，谐振腔右面板的轴向长度为L12，L12= L n，谐振腔右面板的左侧端面上对应微波输入波导、群聚腔环形槽和输出腔环形槽处分别挖有圆环形凹槽，沿径向由内而外排列，依次为输入腔环形槽、群聚腔环形槽和输出腔环形槽，输入腔环形槽的个数为1个，群聚腔环形槽的槽个数与群聚腔环形槽的槽个数相同，输出腔环形槽的槽个数比输出腔环形槽的槽个数少1个:输入腔环形槽的内半径为r14，r14= r4，槽宽度为h5，H5= R6-R4，槽深度为L15，L15?L4，输入腔环形槽与输入调节环共同组成径向线相对论速调管放大器的输入腔；群聚腔环形槽的内半径为R15，R15= R9，槽高度均为H6，H6= 1，槽深度均为L16，L16=L7，槽间距均为H7，H7=H2，群聚腔环形槽与群聚腔环形槽共同组成径向线相对论速调管放大器的群聚腔；输出腔环形槽的内半径为r16，r16= R1(]，槽宽度均为Hs，η8= η 3，槽深度均为l17，l17= ls，槽间距均为η9，η9= Η 4;谐振腔右面板与谐振腔左面板之间的间隙构成径向线传输通道，也称为漂移段，径向线输出通道的宽度等于收集极的宽度L1Q;谐振腔右面板与输出波导壁之间的间隙构成径向线相对论速调管放大器的微波输出波导，微波输出波导的宽度为(r12-r19);输出腔环形槽的外侧有输出调节环，其内半径为r17，R17= R 16+MX (H8+H9)，M为输出腔环形槽的槽个数，Μ = 1、2、3，输出调节环的外半径为R1S，Ris^ R 19+ λ /5，宽度为L18，L18^ 3mm，输出调节环右侧距离谐振腔右面板右侧的距离为L 13，L13= L12-(L17+L1S)，输出腔环形槽、输出调节环与输出腔环形槽共同组成径向线相对论速调管放大器的输出腔；谐振腔右面板中心圆筒靠右为阳极壁，阳极壁为圆板结构，半径等于谐振腔右面板的内半径R13，厚度为L14，一般L14?10mm。谐振腔右面板、输出调节环与阳极壁为一体化加工。
[0013]本发明中，如前所述的所有参数Rp