一种跨波段双频无磁场高功率微波器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及高功率微波器件技术领域，具体涉及一种跨波段双频无磁场高功率微波器件。
【背景技术】
[0002]高功率微波(HPM)—般是指峰值功率在100MW以上、工作频率为I?300GHz范围内的电磁波。高功率微波技术和微波器件的研究与发展已有30多年的历史，近几年来，随着脉冲功率技术和等离子体物理的不断发展，高功率微波技术发展迅速，尤其是在高功率微波源的研制方面取得了极大的进展。到目前为止，其功率水平相比普通微波源已提高了几个量级，在电子对抗、雷达、微波离子加速器、微波加热等军用、民用和科学领域得到广泛的应用，从而也使高功率微波成为一门新技术，它借助于现代强相对论电子束技术的巨大功率和能量储备能力正向着更短波长和超高功率的方向发展。高功率微波器件的进一步实用化是小型化及应对多重效应目标。因此摆脱高功率微波器件的引导磁场系统以及器件可调谐是高功率微波器件应用发展的主要方向。
[0003]磁绝缘线振荡器为同轴正交场器件，可以依靠自身强流电子束产生的磁场产生磁绝缘效应，在磁绝缘磁场引导下强流电子束与慢波结构互作用下产生高功率微波。磁绝缘线振荡器工作原理为器件左端接高压脉冲源，在强电场的作用下，电子以爆炸发射的方式从阴极的侧面径向。打到阴极负载上的电子通过支撑杆(连接阴极负载与圆波导套筒的金属杆)流向阳极，形成磁绝缘电流。该电流产生一个与径向电场正交的角向磁场。慢波结构区的电子在正交的电磁场作用下沿轴向漂移。电子束发射区径向对应的阳极结构为同轴盘荷加载慢波结构，当电子束速度与慢波结构中最低本征模TMo1模相速度接近时形成束波谐振，电子的势能转换为场的能量，形成了强烈的轮辐，产生高功率微波。
[0004]磁绝缘线振荡器中，慢波结构腔体深度直接决定输出高功率微波频率，通过改变慢波结构腔体深度可以调节微波输出频率。磁绝缘线振荡器中的慢波结构由带有中心孔的盘荷波导盘片组成。本发明的优点在于:利用带有中心孔盘荷波导盘片周期可调技术，完成慢波结构周期及腔体深度的跨越式调节，从而实现一种跨波段双频磁绝缘线振荡器频率在线、远程可调，单一磁绝缘线振荡器可依次实现P波段，L波段的高功率微波输出。
【发明内容】
[0005]作为各种广泛且细致的研究和实验的结果，本发明的发明人已经发现，通过对磁绝缘线振荡器中慢波结构腔周期的调节，单一磁绝缘线振荡器可依次实现P波段，L波段的高功率微波输出。基于这种发现，完成了本发明。
[0006]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。
[0007]为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种跨波段双频无磁场高功率微波器件，包括:
[0008]圆波导套筒，其内表面设置有与圆波导套筒轴线平行的卡槽；
[0009]同轴主慢波结构，其为多个具有中心孔的盘荷波导盘片，其包括从左到右依次设置在所述圆波导套筒内的微波厄流叶片、束波互作用叶片1、束波互作用叶片Π、束波互作用叶片m、束波互作用叶片IV和提取叶片;所述同轴主慢波结构与所述圆波导套筒同轴设置;所述同轴主慢波结构上均设置有与所述卡槽相匹配的卡扣;所述提取叶片与所述圆波导套筒固定连接；
[0010]调节机构，其设置在圆波导套筒内；所述调节机构为一螺杆，所述螺杆的一端通过第一轴承与圆波导套筒的右端连接并位于圆波导套筒的外部;所述螺杆的另一端通过第二轴承与圆波导套筒的左端连接并位于圆波导套筒的内部;所述微波厄流叶片、束波互作用叶片1、束波互作用叶片π、束波互作用叶片m、束波互作用叶片IV分别与所述螺杆螺纹连接；
[0011]径向发射阴极，其中心对称轴线与圆波导套筒的中心轴线重合，并位于所述多个具有中心孔的盘荷波导盘片的中心孔内；
[0012]阴极负载，其中心对称轴线与圆波导套筒的中心轴线重合并位于其右端。
[0013]优选的是，所述阴极的发射材料为平绒，发射电流强度为40kA，阴极发射直径为140mm，长度为300mm。
[0014]优选的是，所述阴极负载的内外直径分别为160mm和180mm;所述阴极端面与阴极负载内部端面之间的距离为80mm。
[0015]优选的是，所述提取叶片具有两种厚度不同的叶片结构，所述提取叶片的外直径为430mm，其中，内直径为230mm时，对应叶片厚度为4mm，内直径为260mm时，对应叶片厚度为20mm;所述微波厄流片的内外直径分别为180mm和430mm，厚度为20mm;所述束波互作用叶片
1、束波互作用叶片Π、束波互作用叶片ΙΠ、束波互作用叶片IV均具有两种厚度不同的叶片结构，其外直径为430mm，其中，内直径为180mm时，对应叶片厚度为4mm，内直径为260mm时，对应叶片厚度为20mm。
[0016]优选的是，所述提取叶片的端面与阴极负载的端面之间的距离为40_。
[0017]优选的是，所述螺杆由螺杆V、螺杆1、螺杆Π、螺杆ΙΠ和螺杆IV依次连接组成;所述束波互作用叶片I与螺杆I螺纹连接，其连接方式是通过在束波互作用叶片I上设置螺纹孔I，而在螺杆I上设置有与螺纹孔I相配合的螺纹I而实现的;所述束波互作用叶片Π与螺杆π螺纹连接，其连接方式是通过在束波互作用叶片Π上设置螺纹孔Π，而在螺杆Π上设置有与螺纹孔Π相配合的螺纹π而实现的；所述束波互作用叶片m与螺杆m螺纹连接，其连接方式是通过在束波互作用叶片m上设置螺纹孔m，而在螺杆m上设置有与螺纹孔m相配合的螺纹m而实现的；所述束波互作用叶片IV与螺杆IV螺纹连接，其连接方式是通过在束波互作用叶片IV上设置螺纹孔IV，而在螺杆IV上设置有与螺纹孔IV相配合的螺纹IV而实现的;所述微波厄流叶片与螺杆V螺纹连接，其连接方式是通过在微波厄流叶片上设置螺纹孔V，而在螺杆V上设置有与螺纹孔V相配合的螺纹V而实现的;所述螺纹孔V、螺纹孔
1、螺纹孔π、螺纹孔m、螺纹孔IV的螺纹距成第一等差数列排列，所述螺纹孔IV的螺纹距为第一等差数列的公差;所述带有螺纹V的螺杆V、带有螺纹I的螺杆1、带有螺纹Π的螺杆Π、带有螺纹m的螺杆m、带有螺纹IV的螺杆IV的长度构成第二等差数列;所述螺纹V、螺纹1、螺纹π、螺纹m、螺纹IV的螺纹距构成第三等差数列排列;所述带有螺纹IV的螺杆IV的长度和螺纹距分别为第二等差数列和第三等差数列的公差。
[0018]优选的是，所述螺纹孔V、螺纹孔1、螺纹孔π、螺纹孔m、螺纹孔IV的螺纹距分别为2.5mm、2mm、1.5mm、Imm、0.5mm ；所述带有螺纹V的螺杆V、带有螺纹I的螺杆1、带有螺纹Π的螺杆Π、带有螺纹m的螺杆m、带有螺纹IV的螺杆IV的长度分别为150mm、120mm、90mm、60mm、30mm，螺纹距分别为2.5mm、2mm、1.5mm、1mm、0.5mm;所述微波厄流叶片、束波互作用叶片1、束波互作用叶片Π、束波互作用叶片m、束波互作用叶片IV、提取叶片组成5个周期为50mm的慢波结构腔，通过顺时针转动螺杆60周，带动所述微波厄流叶片、束波互作用叶片1、束波互作用叶片Π、束波互作用叶片ΙΠ、束波互作用叶片IV沿着圆波导套筒内做向右的轴线运动，运动距离成第四等差数列，实现慢波结构腔的周期长度从50mm到20mm的跨越调节；所述第四等差数列的公差为束波互作用叶片IV的运动距离。
[0019]优选的是，所述慢波结构腔的周期为50mm时，慢波结构腔的腔体深度为125mm，在所述阴极与圆波导套筒之间施加电压400kV，阴极发射电流达到40kA，能够输出的P波段频率为0.65GHz的高功率微波;通过顺时针转动螺杆60周，调节慢波结构腔的周期至20mm，慢波结构腔的腔体深度为40mm，并在所述阴极与圆波导套筒之间施加电压400kV，阴极发射电流达到40kA，能够输出的L波段频率为1.6GHz的高功率微波。
[0020]优选的是，所述螺杆位于所述圆波导套筒的外部连接有旋转柄。
[0021]优选的是，所述圆波导套筒的微波输出腔的内外直径分别为180mm、300mm。
[0022]本发明至少包括以下有益效果:通过调节结构对磁绝缘线振荡器(微波器件)中周期结构的均匀调节，可以实现一种跨频段双频无磁场高功率微波器件输出微波频率在线可控调节，单一磁绝缘线振荡器可依次实现P波段0.