一種永磁包裝相對論磁控管的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于高功率微波技術領域，具體涉及一種永磁包裝相對論磁控管，本實用新型可以應用于高功率微波技術領域的微波產生系統。
【背景技術】
[0002]上世紀70年代以來，隨著等離子體技術、脈沖功率技術的進步以及計算機粒子模擬軟件的發展，高功率微波技術迅速地發展起來，尤其是在高功率微波源的研制方面取得了極大的進展，先后出現了很多種不同類型的高功率微波源。其中絕大部分高功率微波源的工作原理都是利用相對論電子束與微波腔體相互作用產生高功率微波輸出，一般來說需要外加磁場約束電子束傳輸。常見的磁場實現方式為螺線管磁場，龐大的電源系統極大地增加了整個系統的體積和重量，而且消耗了大量的能量，降低了高功率微波源的總體能量效率。此外，在重復脈沖工作的時候，電磁系統還需要冷卻和保護裝置，進一步增加了系統的復雜性，從而極大的限制了它的應用范圍。
[0003]相對于電磁系統，永磁系統具有體積小、重量輕、不消耗能量而且能夠提供穩定的磁場等優點，故發展永磁包裝技術是高功率微波源實用化的重要手段之一。在永磁包裝高功率微波源中，永磁體規模決定于勵磁空間尺寸和磁場強度兩個因素。因此，為了實現高功率微波源的永磁包裝，需要盡量減小微波源的尺寸并降低其運行磁場。
[0004]相對論磁控管(RM)是最有效的高功率微波源之一。由于它結構簡單、運行磁場低、具備高功率與重復脈沖工作的能力，同時也具備多管鎖相工作合成輸出更大功率的潛能，因而在國際上受到廣泛重視。目前的研究重點是盡量提高相對論磁控管的效率，并縮小系統的體積和重量以適應多種小型化應用需求。圍繞這一需求，各國學者進行了大量研究，其中透明陰極和衍射輸出結構是相對論磁控管提高效率方面最廣泛的兩種手段。運用粒子模擬軟件，美國新墨西哥大學的Mikhail.1.Fuks小組開展了帶透明陰極的衍射輸出相對論磁控管設計，設計結果在2.45GHz頻率上，輸出功率達到1.4GW，效率達到70%。稍顯不足的是，在尺寸方面，衍射輸出磁控管漸變輸出口尺寸較大，增大了磁體小型化設計的難度。
[0005]相對論磁控管小型化研究方面另一個代表性工作是Greenwood和Hoff等人提出的一種全腔提取軸向輸出結構，該結構將磁控管相鄰諧振腔耦合孔以沿中心線對稱的形式與一個扇形輸出波導相連，當磁控管工作在π模時，扇形輸出波導中將激勵起TE11模。與傳統徑向輸出磁控管相比，這種結構具有對稱輸出的特點，對磁控管工作狀態影響較小。由于輸出微波沿扇形波導軸向傳輸，器件徑向尺寸較小，有利于磁控管的磁體設計并實現小型化。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的是為了實現輕小型化高功率微波源設計，以滿足多種移動應用平臺需求，本實用新型公開了一種基于全腔提取軸向輸出技術的永磁包裝相對論磁控管結構。該結構具有微波起振速度快、輸出功率高以及系統結構簡單、緊湊的特點。
[0007]為實現上述目的本實用新型采用如下技術方案:
[0008]一種永磁包裝相對論磁控管，所述磁控管為全腔提取軸向輸出結構，由陰極、陽極外筒以及軸向提取結構組成；包括若干個環狀的永磁鐵，一部分永磁鐵套在陽極外筒上，另一部分永磁鐵套在陽極外筒內的陰極上，永磁鐵與磁控管同軸心設置。
[0009]在上述技術方案中，套在陽極外筒上的永磁鐵的內徑等于陽極外筒的外徑，且每一個永磁鐵的大小形狀一致。
[0010]在上述技術方案中，套在陽極外筒上的永磁鐵的軸向位置為相對論磁控管的互作用區域中心。
[0011]在上述技術方案中，套在陽極外筒內的陰極上的永磁鐵的外徑等于陽極外筒的內徑，永磁鐵的內徑大于陰極的外徑，且每一個永磁鐵的大小形狀一致。
[0012]在上述技術方案中，套在陽極外筒內的陰極上的永磁鐵軸向位置中心與相對論磁控管互作用區域中心重合。
[0013]在上述技術方案中，套在陽極外筒上的永磁鐵與套在陰極上的永磁鐵的數量一致，且陽極外筒內外的永磁鐵位置--對應。
[0014]在上述技術方案中，陽極外筒內外的永磁鐵在垂直于磁控管軸線方向上部分重置。
[0015]在上述技術方案中，所述磁控管的陰極為三根金屬桿組成的透明陰極，陽極帶有六個諧振腔，提取結構采用六個徑向耦合孔與三個扇形波導相結合，三個扇形波導沿角向均勻分布在六個諧振腔的外部，六個耦合孔分別位于六個諧振腔與其相鄰的扇形波導的公共壁上。
[0016]本實用新型的永磁包裝相對論磁控管的工作原理是:陰陽極間加上高壓電脈沖后形成的徑向電場，與外部和內嵌的永磁磁鐵所形成的軸向磁場正交，由陰極發射的電子在該正交電磁場作用下沿角向漂移，形成電子輪輻；當電子輪輻在互作用空間的旋轉與高頻場的相速同步時，電子與高頻場間發生換能，產生高功率微波；高功率微波通過諧振腔和扇形波導公共壁上的耦合孔，分別由相鄰的兩諧振腔體以沿中心線對稱的兩孔耦合的形式進入一個扇形波導，由于相鄰的諧振腔中微波相位相差180°，故通過合理設計耦合孔的位置及形狀大小，相鄰的兩個諧振腔中的微波經由各自的壁上的耦合孔，將在扇形波導中激勵起類TElO模，此時微波由扇形波導傳輸出去。三個扇形波導通過同軸波導進一步合成，最后經末端圓錐過渡，由圓波導端口最后輸出。
[0017]綜上所述，由于采用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是:本實用新型的永磁磁鐵采用內嵌和外部加載相結合的辦法，增大了永磁體均勻區尺寸，部分永磁磁鐵嵌于磁控管內部，充分利用了磁控管的內部空間，使得整個永磁包裝結構較為緊湊。該永磁包裝結構能長時間穩定的為相對論磁控管提供所需均勻磁場，使其工作產生吉瓦級的高功率微波輸出。該種永磁包裝相對論磁控管能很好地應用于結構緊湊或重復頻率運行的高功率微波系統之中。
【附圖說明】
[0018]本實用新型將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0019]圖1是本實用新型的實施例1的結構示意圖；
[0020]圖2是圖1中內嵌永磁磁鐵一和外部永磁磁鐵二結構示意圖；
[0021]圖3是圖1中相對論磁控管示意圖；
[0022]圖4是圖3中磁控管的截面示意圖；
[0023]圖5是圖1中永磁磁鐵的磁場分布圖；
[0024]圖6是永磁包裝相對論磁控管輸出結果圖；
[0025]圖中，1.內嵌永磁磁鐵I1.外部永磁磁鐵II1.相對論磁控管。
【具體實施方式】
[0026]本實用新型的永磁包裝相對論磁控管，由外部永磁磁鐵、內嵌永磁磁鐵和相對論磁控管組成。其中外部永磁磁鐵和內