一种跨波段双频相对论返波振荡器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种跨波段双频相对论返波振荡器，包括依次同轴设置的高频微波器件和低频微波器件；高频微波器件包括：高频相对论返波振荡器，其内依次同轴设置有阴极和高频段器件束波互作用区；高频相对论返波振荡器的外部设置有第一引导磁体；低频微波器件包括：低频相对论返波振荡器，其内设置有低频段器件束波互作用区；低频相对论返波振荡器同轴连接在高频相对论返波振荡器的末端；低频相对论返波振荡器的外部设置有第二引导磁体。本发明利用相对论返波振荡器中圆波导临界波长原理，利用同一环形强流电子束通过不同磁场强度分布的磁场引导系统，强流电子束先后通过串列的高频微波器件及低频微波器件，分别产生高频段及低频段的高功率微波。
【专利说明】
-种跨波段双频相对论返波振荡器
技术领域
[0001] 本发明设及高功率微波器件技术领域，具体设及一种跨波段双频相对论返波振荡 器。
【背景技术】
[0002] 近年来，高功率微波源在追求高功率、高效率W及实现长脉冲和高重频运行的同 时，也呈现出了其他的一些发展特点，如追求单个微波源器件产生具有多个频率的微波。该 类型的器件能够实现单一振荡器的多频输出，是对单频振荡器的拓展研究和集成创新应 用，具有一定的学术价值和潜在的应用前景。相对论返波振荡器具有高功率、高效率、适合 重频运行的工作特点，是目前最有潜力的高功率微波产生器件之一，在高功率微波产生器 件中占有重要的地位，多频相对论返波振荡器的研究有利于进一步拓展其应用，具有重要 的现实意义。
[0003] 研究表明，如果用两个或多个频率的高功率微波束福照电子系统，所需要的破坏 阀值会降低，采用运种技术会使功率微波技术更快地趋于实用。然而，国内外报道的产生双 频高功率微波方法其实质均为用两套单独的单频微波源，运种方法存在一些不足:首先两 套或多套独立运行的微波源同步输出将存在一定困难;其次，两套或多套独立运行的微波 源的空间福射方向图较为复杂，不利于高功率微波的实际应用；另外，两套独立运行的微波 源还会增加研究成本。因此，研究一种能输出两个频率的微波源将具有重要的学术价值和 应用价值，运也是高功率微波技术研究的又一个新的研究方向，将为高功率微波效应研究 提供很好的基础。
[0004] 本发明利用相对论返波振荡器中圆波导临界波长原理，利用同一强流电子束通过 不同磁场强度分布的磁场引导系统，强流电子束先后通过串列的小直径高频器件及大直径 低频器件，分别产生高频段及低频段的高功率微波。本发明中的低频及高频器件可根据实 际频率需求进行相应的设计，结构灵活多变，在高功率微波器件中可W很好的实现大跨波 段双频高功率微波的产生。
【发明内容】
[0005] 本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优 点。
[0006] 为了实现根据本发明的运些目的和其它优点，提供了一种跨波段双频相对论返波 振荡器，包括依次同轴设置的高频微波器件和低频微波器件。
[0007] 优选的是，所述低频微波器件产生的高功率微波的波长大于高频微波器件的直 径。
[000引优选的是，所述高频微波器件包括：
[0009]高频相对论返波振荡器，其内依次同轴设置有阴极和高频段器件束波互作用区； 所述高频相对论返波振荡器的外部设置有第一引导磁体；
[0010] 所述低频微波器件包括：
[0011] 低频相对论返波振荡器，其内设置有低频段器件束波互作用区；所述低频相对论 返波振荡器同轴连接在高频相对论返波振荡器的末端;所述低频相对论返波振荡器的外部 设置有第二引导磁体。
[0012] 优选的是，所述高频段器件束波互作用区由多个第一慢波结构组成;所述多个第 一慢波结构由从阴极发射端开始依次分布的多个间隔设置的第一环形叶片组成；
[0013] 所述低频段器件束波互作用区由多个第二慢波结构组成;所述多个第二慢波结构 由依次分布的多个间隔设置的第二环形叶片组成。
[0014] 优选的是，所述第一慢波结构的直径小于第二慢波结构的直径。
[0015] 优选的是，所述高频段器件束波互作用区由14个第一慢波结构组成，第一慢波结 构的周期长度为3.3mm、直径为7mm、腔深为0.75mm。
[0016] 优选的是，所述低频段器件束波互作用区由8个第二慢波结构组成，第二慢波结构 的周期长度为20mm、直径为22mm、腔深为1.4mm。
[0017] 优选的是，所述第一引导磁体和第二引导磁体均产生IT的轴向引导磁场。
[0018] 优选的是，所述阴极为石墨阴极，在阴阳极电压300kV驱动下场致发射石墨阴极产 生的电流强度为1.5kA的环形强流电子束，环形强流电子束内外直径分别为5.2mm和5.6mm; 在第一引导磁体的引导下进入高频段器件束波互作用区，并福射产生Ka波段频率为38G化 的高功率微波，在第一引导磁体与第二引导磁体的衔接处产生一阶梯跃迁式轴向磁场，在 此磁场的作用下，环形强流电子束内外直径扩大为16mm和18mm，并进入低频段器件束波互 作用区，并福射产生C波段频率为4.8G化的高功率微波。
[0019] 优选的是，所述高频微波器件和低频微波器件内为真空腔。
[0020] 本发明至少包括W下有益效果:本发明利用相对论返波振荡器中圆波导临界波长 原理，利用同一环形强流电子束通过不同磁场强度分布的磁场引导系统，强流电子束先后 通过串列的小直径高频器件(高频微波器件)及大直径低频器件(低频微波器件），分别产生 高频段及低频段的高功率微波。本发明中的低频及高频器件可根据实际频率需求进行相应 的设计，结构灵活多变，在高功率微波器件中可W很好的实现大跨波段双频高功率微波的 产生。
[0021] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本 发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
【附图说明】：
[0022] 图1为本发明一个实施例所述跨波段双频相对论返波振荡器的正面剖视图；
[0023] 图2为本发明另一种实施例所述跨波段双频相对论返波振荡器的正面剖视图。
【具体实施方式】：
[0024] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，W令本领域技术人员参照说明书文 字能够据W实施。
[0025] 应当理解，本文所使用的诸如"具有"、"包含"W及"包括"术语并不配出一个或多 个其它元件或其组合的存在或添加。
[0026] 本发明的一种跨波段双频相对论返波振荡器，包括依次同轴设置的高频微波器件 和低频微波器件;利用圆波导临界波长原理，利用同一环形强流电子束通过不同磁场强度 分布的磁场引导系统，环形强流电子束先后通过串列的高频微波器件(小直径高频器件)及 低频微波器件(大直径低频器件），分别产生高频段及低频段的高功率微波，在运种技术方 案中，环形强流电子束首先穿过的高频微波器件的临界波长小于环形强流电子束其后穿过 的低频微波器件所产生的低频高功率微波波长。
[0027] 在上述技术方案中，所述高频微波器件和低频微波器件内为真空腔，真空度一般 为毫帕。
[0028] 在上述技术方案中，所述低频微波器件产生的高功率微波的波长大于高频微波器 件的直径，因此低频微波无法对高频微波的产生具有干扰作用，确保两个波段微波的独立 产生。
[0029] 在上述技术方案中，如图1~2所示，所述高频微波器件包括：
[0030] 高频相对论返波振荡器2,其内依次同轴设置有阴极1和高频段器件束波互作用区 8;所述高频相对论返波振荡器2的外部设置有第一引导磁体4;第一引导磁体4具有圆柱体 空腔，第一引导磁体4的作用是按照磁体产生的磁场引导环形强流电子束由阴极进入高频 相对论返波振荡器互作用腔，产生高频高功率微波；
[0031 ]所述低频微波器件包括：
[0032] 低频相对论返波振荡器5，其内设置有低频段器件束波互作用区9;所述低频相对 论返波振荡器5同轴连接在高频相对论返波振荡器2的末端;所述低频相对论返波振荡器5 的外部设置有第二引导磁体7;第二引导磁体7具有圆柱体空腔，第二引导磁体7的作用是按 照磁体产生的磁场引导环形强流电子束由高频相对论返波振荡器进入低频相对论返波振 荡器互作用腔，产生低频高功率微波；
[0033] 在运种技术方案中，阴极1产生的环形强流电子束在第一引导磁体4的引导下进入 高频段器件束波互作用区8,在高频相对论返波振荡器2中传输的环形强流电子束3福射产 生某一波段的高功率微波;高频相对论返波振荡器2的第一引导磁体4与低频相对论返波振 荡器5的第二引导磁体在衔接处产生一阶梯跃迁式轴向磁场，在此磁场引导下，环形强流电 子束的内外直径扩大，并进入低频段相对论返波振荡器2的低频段器件束波互作用区9,在 低频相对论返波振荡器5中传输的环形强流电子束6福射产生另一波段的高功率微波。环形 强流电子束首先穿过的高频相对论返波振荡器的临界波长小于环形强流电子束其后穿过 的低频相对论返波振荡器所产生的低频高功率微波波长，低频相对论返波振荡器产生的高 功率微波波长大于高频相对论返波振荡器的直径，因此低频微波无法对高频微波的产生具 有干扰作用，确保两个波段微波的独立产生。
[0034] 在上述技术方案中，所述高频段器件束波互作用区8由多个第一慢波结构组成;所 述多个第一慢波结构由从阴极发射端开始依次分布的多个间隔设置的第一环形叶片10组 成；
[0035] 所述低频段器件束波互作用区9由多个第二慢波结构组成;所述多个第二慢波结 构由依次分布的多个间隔设置的第二环形叶片11组成。
[0036] 在上述技术方案中，所述第一慢波结构的直径小于第二慢波结构的直径。
[0037] 在另一种实施例中，所述高频段器件束波互作用区由14个第一慢波结构组成，第 一慢波结构的周期长度A为3.3mm、直径B为7mm、腔深C为0.75mm;所述低频段器件束波互作 用区由8个第二慢波结构组成，第二慢波结构的周期长度D为20mm、直径E为22mm、腔深F为 1.4mm;所述第一引导磁体和第二引导磁体均产生1T的轴向引导磁场;所述阴极为石墨阴 极，在阴阳极电压300kV驱动下场致发射石墨阴极产生的电流强度为1.5kA的环形强流电子 束，环形强流电子束内外直径分别为5.2mm和5.6mm;在第一引导磁体的引导下进入高频段 器件束波互作用区，并福射产生Ka波段频率为38G化的高功率微波，在第一引导磁体与第二 引导磁体的衔接处产生一阶梯跃迁式轴向磁场，假定环形强流电子束发射处的位置为0，阶 梯跃迁式轴向磁场分布如表1所示。在此磁场引导下，环形强流电子束内外直径扩大为16mm 及18mm，并进入低频段相对论返波振荡器互作用区9,在电压300kV，电流强度为1.5kA的环 形强流电子束在低频段器件束波互作用区传输过程中福射产生C波段频率为4.8G化的高功 率微波。
[0038] 表1跨波段双频相对论返波振荡器引导磁场分布
[0039]
[0040] Ka波段相对论返波振荡器中传输TM01模式微波的临界波长为9.13mm，低频段器件 束波互作用区传输过程中福射产生C波段频率为4.8G化的高功率微波的波长为6.25cm，因 此C波段频率为4.8G化的高功率微波无法进入高频相对论返波振荡器，不能形成对Ka波段 高功率微波产生的干扰。因此Ka波段及C波段高功率微波可独立产生。
[0041] 本发明的跨波段双频相对论返波振荡器中通过阶梯跃迁式轴向引导磁场，使环形 电子束可W实现两种直径的轴向传输。在高频微波器件与低频微波器件过渡部分，通过增 加径向磁场场强实现环形电子束直径由小至大的轴向传输。高频微波器件及低频微波器件 分别由各自引导磁体产生引导磁场，在高频微波器件与低频微波器件过渡部分产生一阶梯 跃迁式轴向引导磁场，实现跨波段双频高功率微波的产生。
[0042] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列 运用，它完全可W被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地 实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限 于特定的细节和运里示出与描述的图例。
【主权项】
1. 一种跨波段双频相对论返波振荡器，其特征在于，包括依次同轴设置的高频微波器 件和低频微波器件。2. 如权利要求1所述的跨波段双频相对论返波振荡器，其特征在于，所述低频微波器件 产生的高功率微波的波长大于高频微波器件的直径。3. 如权利要求1所述的跨波段双频相对论返波振荡器，其特征在于，所述高频微波器件 包括： 高频相对论返波振荡器，其内依次同轴设置有阴极和高频段器件束波互作用区；所述 高频相对论返波振荡器的外部设置有第一引导磁体； 所述低频微波器件包括： 低频相对论返波振荡器，其内设置有低频段器件束波互作用区；所述低频相对论返波 振荡器同轴连接在高频相对论返波振荡器的末端;所述低频相对论返波振荡器的外部设置 有第二引导磁体。4. 如权利要求3所述的跨波段双频相对论返波振荡器，其特征在于，所述高频段器件束 波互作用区由多个第一慢波结构组成;所述多个第一慢波结构由从阴极发射端开始依次分 布的多个间隔设置的第一环形叶片组成； 所述低频段器件束波互作用区由多个第二慢波结构组成;所述多个第二慢波结构由依 次分布的多个间隔设置的第二环形叶片组成。5. 如权利要求4所述的跨波段双频相对论返波振荡器，其特征在于，所述第一慢波结构 的直径小于第二慢波结构的直径。6. 如权利要求4所述的跨波段双频相对论返波振荡器，其特征在于，所述高频段器件束 波互作用区由14个第一慢波结构组成，第一慢波结构的周期长度为3.3mm、直径为7mm、腔深 为0·75mm〇7. 如权利要求6所述的跨波段双频相对论返波振荡器，其特征在于，所述低频段器件束 波互作用区由8个第二慢波结构组成，第二慢波结构的周期长度为20mm、直径为22mm、腔深 为1·4mm〇8. 如权利要求7所述的跨波段双频相对论返波振荡器，其特征在于，所述第一引导磁体 和第二引导磁体均产生1T的轴向引导磁场。9. 如权利要求8所述的跨波段双频相对论返波振荡器，其特征在于，所述阴极为石墨阴 极，在阴阳极电压300kV驱动下场致发射石墨阴极产生的电流强度为1.5kA的环形强流电子 束，环形强流电子束内外直径分别为5.2mm和5.6mm;在第一引导磁体的引导下进入高频段 器件束波互作用区，并辐射产生Ka波段频率为38GHz的高功率微波，在第一引导磁体与第二 引导磁体的衔接处产生一阶梯跃迀式轴向磁场，在此磁场的作用下，环形强流电子束内外 直径扩大为16mm和18mm，并进入低频段器件束波互作用区，并辐射产生C波段频率为4.8GHz 的高功率微波。10. 如权利要求1所述的跨波段双频相对论返波振荡器，其特征在于，所述高频微波器 件和低频微波器件内为真空腔。
【文档编号】H01J23/20GK105869970SQ201610241084
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】丁恩燕, 张运俭, 陆巍, 孟凡宝, 杨周炳, 李正红, 马乔生, 吴洋
【申请人】中国工程物理研究院应用电子学研究所