轴线电子束输出方向为z轴，垂直z轴向上为y轴，垂直y、z轴指向纸面内为X轴，图3是该实施例yz截面上的结构示意图，图4是该实施例xz截面上的结构示意图。本发明提供的相对论返波管包括弧形阴极1、双预调制腔2、角向分区慢波结构3、输出波导4和磁场线圈5。
[0031]所述弧形阴极1位于整个结构前端，是由两段相同的弧形结构阴极沿相对论返波管中心轴线对称分布组成，发射端面如图5所示，每段弧形阴极弧心角记为，优选足60° ( 120°，在高压脉冲作用下发射两段弧形电子束3所述双预调制腔2、角向分区慢波结构3、输出波导4依次位于弧形阴极1后侧，与弧形阴极1轴向、径向相隔一定距离；磁场线圈5安装弧形阴极1、双预调制腔2、角向分区慢波结构3的外围，用于产生约束弧形相对论电子束的导引磁场。
[0032]所述双预调制腔2是内有3个相连圆柱腔的圆管件结构，如图6所示，3个圆柱腔的半径和宽度不同，分别记为:半径，宽度，且满足&、&> R2o综合考虑返波管结构设计要求，优选 0.65 λ <Ri，R2，R3< 1.38 λ ,0.25 λ g< ff 1,ff2,ff3< 0.5 λ g，其中λ和λ 别为微波波长和导波波长。双预调制腔2用于电子束预调制，以及微波控制，保证部分微波隔离、部分微波进入阴极区。所述双预调制腔还可以用谐振反射器、截止颈等反射器替换。
[0033]所述角向分区慢波结构3的xy截面如图7所示，由相对的两段弧形波纹波导和两端弧形光滑波导组成，图中上下两段为弧形波纹波导，左右两端为弧形光滑波导，弧形波纹波导包围弧形电子束，且弧形波纹波导弧心角θ2满足60。< Θ Θ 120。，弧形波纹波导弧心角Θ 2是xy截面上弧形波纹波导与相对论返波管中心轴线形成的夹角。
[0034]工作时，弧形阴极1发射相对的两段弧形相对论电子束，在磁场线圈5产生的磁场作用下，经过双预调制腔2时获得预调制，进入角向分区慢波结构3，在弧形波纹波导内直接激励起TEn模式微波。部分产生的TE ^模式微波向弧形阴极1端传输，透过双预调制腔2，进入弧形阴极区，对电子束进行预调制；剩余部分TE11模式微波被双预调制腔2反射、隔离。该结构增加电子束预调制的区域，提高束波转换效率。
[0035]上述实施方式的一个具体实施例，相对论返波管工作在X波段，各主要结构参数如下:
[0036]Θ Θ 2= 90° , R != 29.5mm，W != 11.5mm，R 2= 26mm，W 2= 16mm，R 3= 31mm，ff3= 10mm。在二极管电压780kV，电流6.lkA时，产生微波功率2.0GW，频率9.25GHz，束波转换效率42 %。电子束的轴向动量分布如图8所示，可以看出，电子束在进入双预制调腔之前就已经受到一定的调制，调制在双预制调腔进一步加深。输出微波模式的电场分布如图9所示，为线极化TEn模式。
[0037]另外，调整上述实施例中的θ ρ Θ 2进行测试，试验结果如下:
[0038]θ 1= Θ 2= 60°，在二极管电压830KV，电流4.8kA时，产生微波功率1.3GW，频率9.3GHz，效率 32%。
[0039]θ1=90°，Θ 2=120°，在二极管电压780KV，电流6.lkA时，产生微波功率
1.7GW，频率 9.28GHz，效率 36%。
[0040]上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，不脱离本发明构思作出的各种变化，仍落在本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种直接产生线极化ΤΕ η模的相对论返波管，包括反射器、输出波导(4)和磁场线圈(5)，其特征在于，还包括弧形阴极(1)、角向分区慢波结构(3);所述弧形阴极(1)位于相对论返波管前端，所述反射器、角向分区慢波结构(3)、输出波导(4)依次位于弧形阴极(1)后侧，所述磁场线圈(5)安装在弧形阴极(1)、反射器、角向分区慢波结构(3)的外围； 所述弧形阴极(1)是由两段相同的弧形结构阴极沿相对论返波管中心轴线对称分布组成，在高压脉冲作用下发射两段弧形电子束； 所述角向分区慢波结构(3)由相对的两段弧形波纹波导和相对的两段弧形光滑波导组成，弧形波纹波导包围弧形电子束。2.如权利要求1所述的相对论返波管，其特征在于，所述反射器为双预调制腔(2)，双预调制腔(2)是内有3个相连圆柱腔的圆管件结构，3个圆柱腔的半径依次记为:R1、R2、R3，满足 R3> R 2。3.如权利要求2所述的相对论返波管，其特征在于，所述3个圆柱腔的半径R”^為满足0.65 λ < 1.38 λ，3个圆柱腔的宽度依次记为^為為’满足。.25Ag<ff2, ff3< 0.5 λ g，其中λ和λ 别为微波波长和导波波长。4.如权利要求1或2或3所述的相对论返波管，其特征在于，所述弧形阴极(1)的弧心角满足60° ( Θ ^ 120°，所述角向分区慢波结构(3)的弧形波纹波导弧心角Θ 2满足 60° ( Θ ^ Θ 2彡 120。。
【专利摘要】本发明属于微波激射器领域，涉及一种直接产生线极化TE11模的相对论返波管，它包括弧形阴极、反射器、角向分区慢波结构、输出波导和磁场线圈。所述弧形阴极位于相对论返波管前端，反射器、角向分区慢波结构、输出波导依次位于弧形阴极后侧，磁场线圈安装在外围。本发明采用非轴对称的弧形阴极和角向分区慢波结构，直接激励TE11模。反射器优选双预调制腔，用于对弧形相对论电子束进行预调制，同时泄露部分TE11模进入弧形阴极区，使电子束在弧形阴极区得到一定的预调制，提高束波转换效率。该装置结构简单、转换效率高，能直接产生线极化TE11模。
【IPC分类】H01J23/04, H01J23/24, H01J25/00
【公开号】CN105280462
【申请号】CN201510760626
【发明人】肖仁珍, 张余川, 李佳伟, 宋志敏, 孙钧
【申请人】西北核技术研究所
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月6日