一种利用透明阴极实现跳频工作的相对论磁控管的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子对抗技术领域，具体设及一种跳频工作的相对论磁控管。
【背景技术】
[0002] 相对论磁控管是代表性的高功率微波源之一，具有结构简单、皮实耐用且能够高 重频工作等特点，在各类高功率微波系统中有着广泛的使用，如英国的化ion,瑞典MTF，法 国的Hyperion,德国的Supra等系统级的高功率微波效应系统都使用或部分使用了可调谐 相对论磁控管。近年来随着高功率微波效应研究的不断深入W及实用化的要求，提出了快 速可调谐的相对论磁控管，也就是相对论磁控管的捷变频技术。要求相对论磁控管在结构 紧凑、小型化的同时，工作频率快速实现大范围的频率跳变。为了实现相对论磁控管结构紧 凑与小型化，通常采用永磁包装技术，另外，脉冲功率源通常提供的电压调节范围有限，运 些特点限制了利用工作电压或工作磁场的变化来实现模式或频率的改变。此种条件下，一 种利用透明阴极实现相对论磁控管的方法被提出。通过旋转阴极的角度实现相对论磁控管 频率跳变，它结构简单，实现容易，具有很强的实用性。跳频工作的相对论磁控管主要指标 包括输出功率、工作频率、跳频的频率间隔W及频率跳变需要的时间。
[0003] 目前，传统的调谐相对论磁控管有两种方式。第一种方式的结构如图1所示，它实 际上是一个旭日型结构的相对论磁控管，通过调节矩形滑块的位置，改变谐振腔的工作频 率，从而实现了频率调谐。另外一种方式的结构如图2所示，它是一个同腔结构的相对论磁 控管，工作中通过更换不同半径的阴极，实现n模式与2JT模式的转换，实现频率的跳变。 运两种方式均属于机械调节的方式。第一种调节方式需要保证五个矩形滑块位置一致，整 个过程中均为n模工作，其频率变化是一个连续的过程。此种调节方式结构比较复杂，而 且调节所需的时间比较长。同时在频率两端分别由于模式竞争与零模的影响，功率将出现 明显下降。第二种调频方式需要打开真空室来更换阴极，再次工作时需要重新获取真空，所 需的时间更长。上述特点严重限制跳频相对论磁控管在实际工作中的应用。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种频率快速变换的相对论磁控管，旨在解决传统可调谐 相对论磁控管频率调节时间较慢且不方便的问题，也针对诸如永磁包装相对论磁控管在工 作磁场或工作电压调节较困难时的频率捷变。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
[0006] -种利用透明阴极实现跳频工作的相对论磁控管，包括外壳、同腔结构阳极、磁控 管谐振腔、若干扇形面阴极组成的透明阴极、调谐装置与能量禪合输出装置，其特征在于：
[0007] 所述磁控管谐振腔由偶数个沿圆周均匀分布的扇形谐振腔组成；
[0008] 所述扇形面阴极的数目与扇形谐振腔的数目对应，其一端通过阴极支撑杆连接外 部加速器内轴，另一端通过绝缘介质杆连接调谐装置，在调谐装置作用下，透明阴极绕轴旋 转即可调节其与扇形谐振腔的相对位置；
[0009] 所述同腔结构阳极两端设置有防止微波轴向泄露的圆环形端帽；
[0010] 所述磁控管采用径向禪合输出，即在某一扇形谐振腔背部开一矩形禪合缝隙，缝 隙口的长度与输出波导一致，宽度依据所需的有载Q值确定，磁控管与输出波导之间通过 阻抗变换器过渡。
[0011] 进一步地，所述阴极的轴向长度小于阳极轴向长度的二分之一。
[0012] 进一步地，所述扇形谐振腔与扇形面阴极的数目为6。
[0013] 在相对论磁控管的谐振模式中，31模与2 模均属于非简并模式，都可W作为相 对论磁控管的工作模式。理论上，当电子的角向速度与某模式的相速接近时，就会激励起该 模式的高频振荡。当相对论磁控管工作在不同模式时，输出微波频率将随着模式的变化而 变化。本发明是将传统的柱状阴极设计为如图3所示的扇形面透明阴极形式，由于电子束 从阴极表面发射时已经处于预群聚状态，此种结构可W加快磁控管的起振速度。本发明通 过改变阴极扇形发射面与扇形谐振腔的相对角度实现n模与2JT模之间的模式转换。当 阴极发射面与扇形谐振腔的相对角度改变时，阴阳极间的静电场分布也随之改变；同时受 到影响的还有电子束相对于谐振模式高频场的初始相位。因此，当阴极旋转时，随着阴极发 射面与扇形谐振腔的相对角度改变，相对论磁控管的工作模式也随之改变，达到频率捷变 的目的。
[0014] 本发明是一种利用透明阴极实现频率快速变换的相对论磁控管，适用于工作电压 与磁场调节不方便的场合，如永磁包装相对论磁控管。在实际应用中，两个工作频率间隔较 大，通常跨波段，通过两种频率的交替变换工作，将能够有效增加针对的效应目标物。本发 明虽然仍然属于机械式调谐，但是与传统的机械调谐的方式相比，具有更快的捷变频速度， 更简单的结构。
【附图说明】
[0015] 图1是采用旭日型结构的可调谐相对论磁控管示意图；
[0016] 图2是同腔结构的相对论磁控管示意图；
[0017] 图3是本发明相对论磁控管实施例的结构示意图（a.S维剖面图，b.纵截面图， C.横截面图）；
[0018] 图4是本发明相对论磁控管实施例的静电场分布（a.阴极与谐振腔对应b.阴极 与阳极块对应）；
[0019] 图5是本发明相对论磁控管实施例的模谱分布；
[0020] 图6是本发明实施例的JT模场分布图；
[0021] 图7是本发明实施例的2JT模场分布图；
[0022] 图8是本发明实施例的JT模与2JT模B-H图；
[0023] 图9是本发明实施例的粒子仿真部分结果（阴极与谐振腔对应）；
[0024] 图10是本发明实施例的粒子仿真部分结果（阴极与阳极块对应）。
[00巧]附图标号说明：
[0026] 1. 1阴极，1. 2.阳极，1. 3.谐振腔，1. 4.调谐滑块。
[0027] 2. 1阴极，2. 2.阳极，2. 3.谐振腔。
[0028] 1.阴极，2.阳极，3.谐振腔，4.阻抗变换器，5.输出波导，6.外壳，7.绝缘支撑杆， 8.阳极端帽，9.阴极支撑杆，10.真空室。
【具体实施方式】
[0029] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用W解释本发明，并不用于限 定本发明。
[0030] 本发明实施例的跳频相对论磁控管的工作频点分别为2. 90GHz(31模，S波段）与 4. 20GHz(2JT模，C波段），输出功率约700MW，要求相对论磁控管工作频率跳变时，工作电参 数保持恒定。
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