一種跨波段雙頻相對論返波振蕩器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種跨波段雙頻相對論返波振蕩器，包括依次同軸設置的高頻微波器件和低頻微波器件；高頻微波器件包括：高頻相對論返波振蕩器，其內依次同軸設置有陰極和高頻段器件束波互作用區；高頻相對論返波振蕩器的外部設置有第一引導磁體；低頻微波器件包括：低頻相對論返波振蕩器，其內設置有低頻段器件束波互作用區；低頻相對論返波振蕩器同軸連接在高頻相對論返波振蕩器的末端；低頻相對論返波振蕩器的外部設置有第二引導磁體。本發明利用相對論返波振蕩器中圓波導臨界波長原理，利用同一環形強流電子束通過不同磁場強度分布的磁場引導系統，強流電子束先后通過串列的高頻微波器件及低頻微波器件，分別產生高頻段及低頻段的高功率微波。
【專利說明】
-種跨波段雙頻相對論返波振蕩器
技術領域
[0001] 本發明設及高功率微波器件技術領域，具體設及一種跨波段雙頻相對論返波振蕩 器。
【背景技術】
[0002] 近年來，高功率微波源在追求高功率、高效率W及實現長脈沖和高重頻運行的同 時，也呈現出了其他的一些發展特點，如追求單個微波源器件產生具有多個頻率的微波。該 類型的器件能夠實現單一振蕩器的多頻輸出，是對單頻振蕩器的拓展研究和集成創新應 用，具有一定的學術價值和潛在的應用前景。相對論返波振蕩器具有高功率、高效率、適合 重頻運行的工作特點，是目前最有潛力的高功率微波產生器件之一，在高功率微波產生器 件中占有重要的地位，多頻相對論返波振蕩器的研究有利于進一步拓展其應用，具有重要 的現實意義。
[0003] 研究表明，如果用兩個或多個頻率的高功率微波束福照電子系統，所需要的破壞 閥值會降低，采用運種技術會使功率微波技術更快地趨于實用。然而，國內外報道的產生雙 頻高功率微波方法其實質均為用兩套單獨的單頻微波源，運種方法存在一些不足:首先兩 套或多套獨立運行的微波源同步輸出將存在一定困難;其次，兩套或多套獨立運行的微波 源的空間福射方向圖較為復雜，不利于高功率微波的實際應用；另外，兩套獨立運行的微波 源還會增加研究成本。因此，研究一種能輸出兩個頻率的微波源將具有重要的學術價值和 應用價值，運也是高功率微波技術研究的又一個新的研究方向，將為高功率微波效應研究 提供很好的基礎。
[0004] 本發明利用相對論返波振蕩器中圓波導臨界波長原理，利用同一強流電子束通過 不同磁場強度分布的磁場引導系統，強流電子束先后通過串列的小直徑高頻器件及大直徑 低頻器件，分別產生高頻段及低頻段的高功率微波。本發明中的低頻及高頻器件可根據實 際頻率需求進行相應的設計，結構靈活多變，在高功率微波器件中可W很好的實現大跨波 段雙頻高功率微波的產生。
【發明內容】
[0005] 本發明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優 點。
[0006] 為了實現根據本發明的運些目的和其它優點，提供了一種跨波段雙頻相對論返波 振蕩器，包括依次同軸設置的高頻微波器件和低頻微波器件。
[0007] 優選的是，所述低頻微波器件產生的高功率微波的波長大于高頻微波器件的直 徑。
[000引優選的是，所述高頻微波器件包括：
[0009]高頻相對論返波振蕩器，其內依次同軸設置有陰極和高頻段器件束波互作用區； 所述高頻相對論返波振蕩器的外部設置有第一引導磁體；
[0010] 所述低頻微波器件包括：
[0011] 低頻相對論返波振蕩器，其內設置有低頻段器件束波互作用區；所述低頻相對論 返波振蕩器同軸連接在高頻相對論返波振蕩器的末端;所述低頻相對論返波振蕩器的外部 設置有第二引導磁體。
[0012] 優選的是，所述高頻段器件束波互作用區由多個第一慢波結構組成;所述多個第 一慢波結構由從陰極發射端開始依次分布的多個間隔設置的第一環形葉片組成；
[0013] 所述低頻段器件束波互作用區由多個第二慢波結構組成;所述多個第二慢波結構 由依次分布的多個間隔設置的第二環形葉片組成。
[0014] 優選的是，所述第一慢波結構的直徑小于第二慢波結構的直徑。
[0015] 優選的是，所述高頻段器件束波互作用區由14個第一慢波結構組成，第一慢波結 構的周期長度為3.3mm、直徑為7mm、腔深為0.75mm。
[0016] 優選的是，所述低頻段器件束波互作用區由8個第二慢波結構組成，第二慢波結構 的周期長度為20mm、直徑為22mm、腔深為1.4mm。
[0017] 優選的是，所述第一引導磁體和第二引導磁體均產生IT的軸向引導磁場。
[0018] 優選的是，所述陰極為石墨陰極，在陰陽極電壓300kV驅動下場致發射石墨陰極產 生的電流強度為1.5kA的環形強流電子束，環形強流電子束內外直徑分別為5.2mm和5.6mm; 在第一引導磁體的引導下進入高頻段器件束波互作用區，并福射產生Ka波段頻率為38G化 的高功率微波，在第一引導磁體與第二引導磁體的銜接處產生一階梯躍遷式軸向磁場，在 此磁場的作用下，環形強流電子束內外直徑擴大為16mm和18mm，并進入低頻段器件束波互 作用區，并福射產生C波段頻率為4.8G化的高功率微波。
[0019] 優選的是，所述高頻微波器件和低頻微波器件內為真空腔。
[0020] 本發明至少包括W下有益效果:本發明利用相對論返波振蕩器中圓波導臨界波長 原理，利用同一環形強流電子束通過不同磁場強度分布的磁場引導系統，強流電子束先后 通過串列的小直徑高頻器件(高頻微波器件)及大直徑低頻器件(低頻微波器件），分別產生 高頻段及低頻段的高功率微波。本發明中的低頻及高頻器件可根據實際頻率需求進行相應 的設計，結構靈活多變，在高功率微波器件中可W很好的實現大跨波段雙頻高功率微波的 產生。
[0021] 本發明的其它優點、目標和特征將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本 發明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。
【附圖說明】：
[0022] 圖1為本發明一個實施例所述跨波段雙頻相對論返波振蕩器的正面剖視圖；
[0023] 圖2為本發明另一種實施例所述跨波段雙頻相對論返波振蕩器的正面剖視圖。
【具體實施方式】：
[0024] 下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，W令本領域技術人員參照說明書文 字能夠據W實施。
[0025] 應當理解，本文所使用的諸如"具有"、"包含"W及"包括"術語并不配出一個或多 個其它元件或其組合的存在或添加。
[0026] 本發明的一種跨波段雙頻相對論返波振蕩器，包括依次同軸設置的高頻微波器件 和低頻微波器件;利用圓波導臨界波長原理，利用同一環形強流電子束通過不同磁場強度 分布的磁場引導系統，環形強流電子束先后通過串列的高頻微波器件(小直徑高頻器件)及 低頻微波器件(大直徑低頻器件），分別產生高頻段及低頻段的高功率微波，在運種技術方 案中，環形強流電子束首先穿過的高頻微波器件的臨界波長小于環形強流電子束其后穿過 的低頻微波器件所產生的低頻高功率微波波長。
[0027] 在上述技術方案中，所述高頻微波器件和低頻微波器件內為真空腔，真空度一般 為毫帕。
[0028] 在上述技術方案中，所述低頻微波器件產生的高功率微波的波長大于高頻微波器 件的直徑，因此低頻微波無法對高頻微波的產生具有干擾作用，確保兩個波段微波的獨立 產生。
[0029] 在上述技術方案中，如圖1~2所示，所述高頻微波器件包括：
[0030] 高頻相對論返波振蕩器2,其內依次同軸設置有陰極1和高頻段器件束波互作用區 8;所述高頻相對論返波振蕩器2的外部設置有第一引導磁體4;第一引導磁體4具有圓柱體 空腔，第一引導磁體4的作用是按照磁體產生的磁場引導環形強流電子束由陰極進入高頻 相對論返波振蕩器互作用腔，產生高頻高功率微波；
[0031 ]所述低頻微波器件包括：
[0032] 低頻相對論返波振蕩器5，其內設置有低頻段器件束波互作用區9;所述低頻相對 論返波振蕩器5同軸連接在高頻相對論返波振蕩器2的末端;所述低頻相對論返波振蕩器5 的外部設置有第二引導磁體7;第二引導磁體7具有圓柱體空腔，第二引導磁體7的作用是按 照磁體產生的磁場引導環形強流電子束由高頻相對論返波振蕩器進入低頻相對論返波振 蕩器互作用腔，產生低頻高功率微波；
[0033] 在運種技術方案中，陰極1產生的環形強流電子束在第一引導磁體4的引導下進入 高頻段器件束波互作用區8,在高頻相對論返波振蕩器2中傳輸的環形強流電子束3福射產 生某一波段的高功率微波;高頻相對論返波振蕩器2的第一引導磁體4與低頻相對論返波振 蕩器5的第二引導磁體在銜接處產生一階梯躍遷式軸向磁場，在此磁場引導下，環形強流電 子束的內外直徑擴大，并進入低頻段相對論返波振蕩器2的低頻段器件束波互作用區9,在 低頻相對論返波振蕩器5中傳輸的環形強流電子束6福射產生另一波段的高功率微波。環形 強流電子束首先穿過的高頻相對論返波振蕩器的臨界波長小于環形強流電子束其后穿過 的低頻相對論返波振蕩器所產生的低頻高功率微波波長，低頻相對論返波振蕩器產生的高 功率微波波長大于高頻相對論返波振蕩器的直徑，因此低頻微波無法對高頻微波的產生具 有干擾作用，確保兩個波段微波的獨立產生。
[0034] 在上述技術方案中，所述高頻段器件束波互作用區8由多個第一慢波結構組成;所 述多個第一慢波結構由從陰極發射端開始依次分布的多個間隔設置的第一環形葉片10組 成；
[0035] 所述低頻段器件束波互作用區9由多個第二慢波結構組成;所述多個第二慢波結 構由依次分布的多個間隔設置的第二環形葉片11組成。
[0036] 在上述技術方案中，所述第一慢波結構的直徑小于第二慢波結構的直徑。
[0037] 在另一種實施例中，所述高頻段器件束波互作用區由14個第一慢波結構組成，第 一慢波結構的周期長度A為3.3mm、直徑B為7mm、腔深C為0.75mm;所述低頻段器件束波互作 用區由8個第二慢波結構組成，第二慢波結構的周期長度D為20mm、直徑E為22mm、腔深F為 1.4mm;所述第一引導磁體和第二引導磁體均產生1T的軸向引導磁場;所述陰極為石墨陰 極，在陰陽極電壓300kV驅動下場致發射石墨陰極產生的電流強度為1.5kA的環形強流電子 束，環形強流電子束內外直徑分別為5.2mm和5.6mm;在第一引導磁體的引導下進入高頻段 器件束波互作用區，并福射產生Ka波段頻率為38G化的高功率微波，在第一引導磁體與第二 引導磁體的銜接處產生一階梯躍遷式軸向磁場，假定環形強流電子束發射處的位置為0，階 梯躍遷式軸向磁場分布如表1所示。在此磁場引導下，環形強流電子束內外直徑擴大為16mm 及18mm，并進入低頻段相對論返波振蕩器互作用區9,在電壓300kV，電流強度為1.5kA的環 形強流電子束在低頻段器件束波互作用區傳輸過程中福射產生C波段頻率為4.8G化的高功 率微波。
[0038] 表1跨波段雙頻相對論返波振蕩器引導磁場分布
[0039]
[0040] Ka波段相對論返波振蕩器中傳輸TM01模式微波的臨界波長為9.13mm，低頻段器件 束波互作用區傳輸過程中福射產生C波段頻率為4.8G化的高功率微波的波長為6.25cm，因 此C波段頻率為4.8G化的高功率微波無法進入高頻相對論返波振蕩器，不能形成對Ka波段 高功率微波產生的干擾。因此Ka波段及C波段高功率微波可獨立產生。
[0041] 本發明的跨波段雙頻相對論返波振蕩器中通過階梯躍遷式軸向引導磁場，使環形 電子束可W實現兩種直徑的軸向傳輸。在高頻微波器件與低頻微波器件過渡部分，通過增 加徑向磁場場強實現環形電子束直徑由小至大的軸向傳輸。高頻微波器件及低頻微波器件 分別由各自引導磁體產生引導磁場，在高頻微波器件與低頻微波器件過渡部分產生一階梯 躍遷式軸向引導磁場，實現跨波段雙頻高功率微波的產生。
[0042] 盡管本發明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列 運用，它完全可W被適用于各種適合本發明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地 實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發明并不限 于特定的細節和運里示出與描述的圖例。
【主權項】
1. 一種跨波段雙頻相對論返波振蕩器，其特征在于，包括依次同軸設置的高頻微波器 件和低頻微波器件。2. 如權利要求1所述的跨波段雙頻相對論返波振蕩器，其特征在于，所述低頻微波器件 產生的高功率微波的波長大于高頻微波器件的直徑。3. 如權利要求1所述的跨波段雙頻相對論返波振蕩器，其特征在于，所述高頻微波器件 包括： 高頻相對論返波振蕩器，其內依次同軸設置有陰極和高頻段器件束波互作用區；所述 高頻相對論返波振蕩器的外部設置有第一引導磁體； 所述低頻微波器件包括： 低頻相對論返波振蕩器，其內設置有低頻段器件束波互作用區；所述低頻相對論返波 振蕩器同軸連接在高頻相對論返波振蕩器的末端;所述低頻相對論返波振蕩器的外部設置 有第二引導磁體。4. 如權利要求3所述的跨波段雙頻相對論返波振蕩器，其特征在于，所述高頻段器件束 波互作用區由多個第一慢波結構組成;所述多個第一慢波結構由從陰極發射端開始依次分 布的多個間隔設置的第一環形葉片組成； 所述低頻段器件束波互作用區由多個第二慢波結構組成;所述多個第二慢波結構由依 次分布的多個間隔設置的第二環形葉片組成。5. 如權利要求4所述的跨波段雙頻相對論返波振蕩器，其特征在于，所述第一慢波結構 的直徑小于第二慢波結構的直徑。6. 如權利要求4所述的跨波段雙頻相對論返波振蕩器，其特征在于，所述高頻段器件束 波互作用區由14個第一慢波結構組成，第一慢波結構的周期長度為3.3mm、直徑為7mm、腔深 為0·75mm〇7. 如權利要求6所述的跨波段雙頻相對論返波振蕩器，其特征在于，所述低頻段器件束 波互作用區由8個第二慢波結構組成，第二慢波結構的周期長度為20mm、直徑為22mm、腔深 為1·4mm〇8. 如權利要求7所述的跨波段雙頻相對論返波振蕩器，其特征在于，所述第一引導磁體 和第二引導磁體均產生1T的軸向引導磁場。9. 如權利要求8所述的跨波段雙頻相對論返波振蕩器，其特征在于，所述陰極為石墨陰 極，在陰陽極電壓300kV驅動下場致發射石墨陰極產生的電流強度為1.5kA的環形強流電子 束，環形強流電子束內外直徑分別為5.2mm和5.6mm;在第一引導磁體的引導下進入高頻段 器件束波互作用區，并輻射產生Ka波段頻率為38GHz的高功率微波，在第一引導磁體與第二 引導磁體的銜接處產生一階梯躍迀式軸向磁場，在此磁場的作用下，環形強流電子束內外 直徑擴大為16mm和18mm，并進入低頻段器件束波互作用區，并輻射產生C波段頻率為4.8GHz 的高功率微波。10. 如權利要求1所述的跨波段雙頻相對論返波振蕩器，其特征在于，所述高頻微波器 件和低頻微波器件內為真空腔。
【文檔編號】H01J23/20GK105869970SQ201610241084
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月18日
【發明人】丁恩燕, 張運儉, 陸巍, 孟凡寶, 楊周炳, 李正紅, 馬喬生, 吳洋
【申請人】中國工程物理研究院應用電子學研究所