一種21GHz同軸相對論返波振蕩器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及高功率微波器件技術領域，具體涉及一種21GHz同軸相對論返波振蕩器。
【背景技術】
[0002]隨著高功率微波研究發展，對高功率微波源的系統總效率提出了越來越高的要求。在現有高功率微波源中，高阻抗器件的束波轉換效率較高，但一般需要較強的引導磁場，特別是當微波源運行在重復頻率狀態時，需要一個體積龐大的、高耗能的螺線管磁體系統或使用麻煩的超導磁體系統;而低阻抗器件需要輸出功率較高的脈沖功率源，器件束波轉換效率受到限制。因此，如何設計出較低引導磁場、高效率、高功率的微波源，一直是人們追求的目標之一。
[0003]相對論返波管振蕩器產生的高功率微波來源于環行電子束與慢波結構中的結構波相互作用形成的相干輻射。慢波結構是相對論返波管振蕩器的核心結構，它一般為一段波紋圓波導，其結構參數一般包括平均半徑、波紋深度、軸向周期和總長度。一般依據線性理論的分析結果來確定慢波結構的參數，然后借助數值模擬和實驗等手段對慢波結構各參數進行細致的調整。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型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。
[0005]為了實現根據本實用新型的這些目的和其它優點，提供了一種21GHz同軸相對論返波振蕩器，包括:
[0006]陽極，其為包含有諧振反射腔、漂移腔及慢波結構區的圓柱波導腔；
[0007]陰極，其設置在所述圓柱波導腔內并通過絕緣子連接在所述陽極的一個端面上；
[0008]電子束引導柵網，其設置在所述圓柱波導腔內并位于所述陰極的電子發射端的下游；
[0009]同軸內導體，其為圓柱體結構;所述同軸內導體的一端設置在所述圓柱波導腔內，另一端通過金屬支架連接在所述陽極的另一個端面上;且所述同軸內導體與所述陰極、所述圓柱波導腔形成同軸結構；
[0010]其中，所述圓柱波導腔的內直徑為24mm，所述圓柱波導腔的內壁上設置距離陰極37mm的第一環形凹槽，第一環形凹槽的深度為6mm，長度為12_，所述第一環形凹槽與其相對應的圓柱波導腔構成諧振反射腔，即所述諧振反射腔的直徑為36mm、長度為12mm;所述圓柱波導腔內距離陰極49-70mm之間為漂移腔，所述漂移腔的直徑為24mm、長度為21mm;所述圓柱波導腔內距離陰極70-126_之間為慢波結構區，所述慢波結構區的結構為在所述圓柱波導腔的內壁上開設間隔為2mm第二環形凹槽，所述第二環形凹槽有14個;所述第二環形凹槽的深度為2mm，高度為2mm，即所述慢波結構區的內直徑為24mm，外直徑為28mm;所述同軸內導體的直徑為12mm，且其位于所述圓柱波導腔內的一端距離陰極發射端面為60mm。
[0011]其中，所述21GHz同軸相對論返波振蕩器在引導磁場0.5T，所述陰極、陽極間電壓8001^，電子束束流強度51^下，可產生頻率為216取，功率為300麗的高功率微波。
[0012]優選的是，所述電子束引導柵網為金屬柵網，其直徑為24mm，厚度為1mm，電子透過率大于90%。
[0013]優選的是，所述陰極為石墨陰極，其由石墨制備而成。
[0014]優選的是，所述陽極為無磁不銹鋼陽極，其由無磁不銹鋼制備而成。
[0015]優選的是，所述同軸內導體為無磁不銹鋼同軸內導體，其由無磁不銹鋼制備而成。
[0016]優選的是，所述陰極發射產生內外直徑分別為18mm，20mm的環形空心電子束。
[0017]本實用新型至少包括以下有益效果:本實用新型同軸相對論返波振蕩器采用電子束透過率大于90%的金屬柵網引導電子束進入束波互作用區，束波互作用區由諧振反射腔、漂移腔及均勻慢波結構區構成返波管振蕩器。由于金屬柵網的引導，使得器件需要的引導磁場降低至0.5T。慢波結構前的諧振腔對工作模式的電磁波具有較高的反射系數而對其它模式的電磁波反射系數較低，提高了工作模式的Q值，同時諧振腔內建立的微波場能對電子束流進行預調制，降低工作模式的起振電流，這樣就可以實現器件的模式選擇，實現雜模抑制；另一方面為了進一步增大器件的Q值，使器件易于起振，減小引導磁場的影響。同樣為提高微波輸出效率，在器件內部增加同軸內導體，增強束波互作用，提高微波輸出功率。
[0018]本實用新型的其它優點、目標和特征將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本實用新型的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。
【附圖說明】
:
[0019]圖1為本實用新型所述21GHz同軸相對論返波振蕩器的剖面結構示意圖；
[0020]圖2為本實用新型所述21GHz同軸相對論返波振蕩器的內部結構的尺寸示意圖。
【具體實施方式】
:
[0021]下面結合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
[0022]應當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“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。
[0023]圖1和圖2是示出了本實用新型所述的21GHz同軸相對論返波振蕩器，包括:陽極2，其為包含有諧振反射腔4、漂移腔5及慢波結構區6的圓柱波導腔8;圓柱波導腔8為圓柱腔體;陰極I，其設置在所述圓柱波導腔8內并通過絕緣子連接在所述陽極2的一個端面上；
[0024]電子束引導柵網3，其設置在所述圓柱波導腔8內并位于所述陰極I的電子發射端的下游；
[0025]同軸內導體7，其為圓柱體結構;所述同軸內導體7的一端設置在所述圓柱波導腔8內，另一端通過金屬支架連接在所述陽極2的另一個端面上;且所述同軸內導體7與所述陰極1、所述圓柱波導腔8形成同軸結構；
[0026]其中，所述圓柱波導腔8的內直徑為24mm，所述圓柱波導腔的內壁上設置距離陰極37mm的第一環形凹槽，第一環形凹槽的深度為6mm，長度為12_，所述第一環形凹槽與其相對應的圓柱波導腔構成諧振反射腔4，即所述諧振反射腔的直徑為36mm、長度為12mm;所述圓柱波導腔8內距離陰極49-70mm之間為漂移腔5，所述漂移腔5的直徑為24mm、長度為21mm;所述圓柱波導腔8內距離陰極70-126mm之間為慢波結構區6，所述慢波結構區6的結構為在所述圓柱波導腔8的內壁上開設間隔為2mm第二環形凹槽，所述第二環形凹槽有14個;所述第二環形凹槽的深度為2mm，高度為2mm，即所述慢波結構區8的內直徑為24mm，外直徑為28mm;所述同軸內導體7的直徑為12mm，且其位于所述圓柱波導腔8內的一端距離陰極發射端面為60mm;
[0027]用真空獲得裝置將21GHz同軸相對論返波振蕩器內真空度處理到毫帕量級，在陰陽極之間施加高電壓800kV，陰極I發射產生內外直徑分別為18mm，20mm，束流強度為5kA的環形空心電子束。強流電子束在電子束引導柵網3及0.5T軸向磁場引導下傳輸進入束波互作用區，束波互作用區由諧振反射腔4、漂移腔5及均勻慢波結構區6構成，強流電子束經諧振腔反射及預調制，通過漂移腔，在加載同軸內導體的慢波結構區完成束波互作用，電子束將能量轉交給微波場，產生頻率為21GHz，功率為300MW的高功率微波。
[0028]在上述技術方案中，所述電子束引導柵網為金屬柵網，其直徑為24mm，厚度為1mm，電子透過率大于90%。
[0029]在上述技術方案中，所述陰極為石墨陰極，其由石墨制備而成。
[0030]在上述技術方案中，所述陽極為無磁不銹鋼陽極，其由無磁不銹鋼制備而成。
[0031]在上述技術方案中，所述同軸內導體為無磁不銹鋼同軸內導體，其由無磁不銹鋼制備而成。
[0032]在上述技術方案中，所述陰極發射產生內外直徑分別為18mm，20mm的環形空心電子束。
[0033]盡管本實用新型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，它完全可以被適用于各種適合本實用新型的領域，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，本實用新型并不限于特定的細節和這里示出與描述的圖例。
【主權項】
1.一種2 IGHz同軸相對論返波振蕩器，其特征在于，包括: 陽極，其為包含有諧振反射腔、漂移腔及慢波結構區的圓柱波導腔； 陰極，其設置在所述圓柱波導腔內并通過絕緣子連接在所述陽極的一個端面上； 電子束引導柵網，其設置在所述圓柱波導腔內并位于所述陰極的電子發射端的下游； 同軸內導體，其為圓柱體結構;所述同軸內導體的一端設置在所述圓柱波導腔內，另一端通過金屬支架連接在所述陽極的另一個端面上;且所述同軸內導體與所述陰極、所述圓柱波導腔形成同軸結構； 其中，所述圓柱波導腔的內直徑為24mm，所述圓柱波導腔的內壁上設置距離陰極37mm的第一環形凹槽，第一環形凹槽的深度為6mm，長度為12mm，所述第一環形凹槽與其相對應的圓柱波導腔構成諧振反射腔，即所述諧振反射腔的直徑為36mm、長度為12mm;所述圓柱波導腔內距離陰極49-70mm之間為漂移腔，所述漂移腔的直徑為24mm、長度為21mm;所述圓柱波導腔內距離陰極70-126mm之間為慢波結構區，所述慢波結構區的結構為在所述圓柱波導腔的內壁上開設間隔為2mm第二環形凹槽，所述第二環形凹槽有14個;所述第二環形凹槽的深度為2mm，高度為2mm，即所述慢波結構區的內直徑為24mm，外直徑為28mm ；所述同軸內導體的直徑為12mm，且其位于所述圓柱波導腔內的一端距離陰極發射端面為60mm。2.如權利要求1所述的21GHz同軸相對論返波振蕩器，其特征在于，所述電子束引導柵網為金屬柵網，其直徑為24_，厚度為1_，電子透過率大于90%。3.如權利要求1所述的21GHz同軸相對論返波振蕩器，其特征在于，所述陰極為石墨陰極，其由石墨制備而成。4.如權利要求1所述的21GHz同軸相對論返波振蕩器，其特征在于，所述陽極為無磁不銹鋼陽極，其由無磁不銹鋼制備而成。5.如權利要求1所述的21GHz同軸相對論返波振蕩器，其特征在于，所述同軸內導體為無磁不銹鋼同軸內導體，其由無磁不銹鋼制備而成。6.如權利要求1所述的21GHz同軸相對論返波振蕩器，其特征在于，所述陰極發射產生內外直徑分別為18mm，20mm的環形空心電子束。
【專利摘要】本實用新型公開了一種21GHz同軸相對論返波振蕩器，包括：陽極，其為包含有慢波結構的圓柱波導腔；陰極，其設置在所述圓柱波導腔內并通過絕緣子連接在所述陽極的一個端面上；電子束引導柵網，其設置在所述圓柱波導腔內并位于所述陰極的電子發射端的下游；同軸內導體，其為圓柱體結構；所述同軸內導體的一端設置在所述圓柱波導腔內，另一端通過金屬支架連接在所述陽極的另一個端面上；且所述同軸內導體與所述陰極、所述圓柱波導腔形成同軸結構。本實用新型采用電子束透過率大于90％的電子束引導柵網引導電子束進入束波互作用區，降低了所需的外部磁場強度，使得器件需要的引導磁場降低至0.5T，減小了器件外部龐大的引導磁場系統的尺寸以及對能源提供的需求。
【IPC分類】H01J25/46, H01J23/09
【公開號】CN205177767
【申請號】CN201521052870
【發明人】張運儉, 孟凡寶, 滕雁, 丁恩燕, 曹亦兵, 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, 西北核技術研究所
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月16日