本發(fā)明屬于高功率微波器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種跨波段多頻可控慢波結(jié)構(gòu)折疊型相對論返波振蕩器。

背景技術(shù)：

為應(yīng)對復(fù)雜用頻設(shè)備，多頻可控高功率微波器件成為一種迫切需要研究的核心部件，該類器件的形成是隨著高功率微波技術(shù)逐步走向?qū)嵱没岢龅囊环N潛在應(yīng)用場景的實施對策。多頻可控高功率微波器件工作過程中在每一個脈沖電壓下器件通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)可依次輻射產(chǎn)生不同頻率的高功率微波，其中各頻點(diǎn)可通過預(yù)設(shè)按照一定規(guī)則產(chǎn)生，各頻點(diǎn)按照一定次序獨(dú)立產(chǎn)生，互不干擾。

由于其結(jié)構(gòu)參數(shù)對輸出微波頻率的敏感關(guān)聯(lián)性及結(jié)構(gòu)易調(diào)節(jié)，相對論返波振蕩器成為多頻可控高功率微波器件的主要選擇之一。相對論返波振蕩器的基本構(gòu)成主要包括強(qiáng)流爆炸發(fā)射陰極、反射腔、漂移腔、慢波結(jié)構(gòu)及引導(dǎo)磁場。慢波結(jié)構(gòu)是相對論返波振蕩器的關(guān)鍵區(qū)域，相對論返波管是利用器件內(nèi)的返波與相對論電子束相互作用，從而產(chǎn)生高功率微波，其慢波結(jié)構(gòu)周期直接決定產(chǎn)生的高功率微波頻率。

相對論返波振蕩器中，電子束與微波之間的能量交換通過與電子束同步的返向波的-1次諧波來完成，既電子束速度與返向波的-1次諧波的群速大概相等。相對論返波振蕩器一般工作在600kv～800kv左右，電子束速度一般為0.8c，則輻射微波頻率與慢波結(jié)構(gòu)有關(guān)系式：f(ghz)·d(cm)≈12。

由輻射微波頻率與慢波結(jié)構(gòu)有關(guān)系式可以計算在1.5ghz～3ghz(l～s波段)，慢波結(jié)構(gòu)周期長度為8cm～4cm；7ghz～20ghz(c～ku波段)，慢波結(jié)構(gòu)周期長度為1.7cm～0.6cm。由上述計算可知由于慢波結(jié)構(gòu)周期與頻率的強(qiáng)關(guān)聯(lián)關(guān)系，單純調(diào)節(jié)一段慢波結(jié)構(gòu)無法實現(xiàn)相對論返波振蕩器在l～ku波段的高功率微波產(chǎn)生。為實現(xiàn)單一器件產(chǎn)生覆蓋l～ku波段的高功率微波，一種方法是采用兩段可控慢波周期結(jié)構(gòu)，兩段可調(diào)節(jié)周期的慢波結(jié)構(gòu)分別可產(chǎn)生多頻可控低頻段(l～s波段)及多頻可控高頻段(c～ku波段)高功率微波。但這種設(shè)計方法無形中延長了器件的軸向長度，不利于器件小型化、集成化設(shè)計要求，更主要的缺點(diǎn)是增加了引導(dǎo)磁場的電源需求，使得整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)非常龐大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種跨波段多頻可控慢波結(jié)構(gòu)折疊型相對論返波振蕩器，解決了為實現(xiàn)單一器件產(chǎn)生覆蓋l～ku波段的高功率微波，采用兩段可控慢波周期結(jié)構(gòu)，兩段可調(diào)節(jié)周期的慢波結(jié)構(gòu)分別可產(chǎn)生多頻可控低頻段(l～s波段)及多頻可控高頻段(c～ku波段)高功率微波，但這種設(shè)計方法無形中延長了器件的軸向長度，不利于器件小型化、集成化設(shè)計要求，更主要的是增加了引導(dǎo)磁場的電源需求，使得整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)非常龐大的問題。本發(fā)明利用同軸相對論返波振蕩器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將包括帶中心孔盤荷波導(dǎo)的兩段慢波結(jié)構(gòu)中的高頻段慢波結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)“折疊”至同軸內(nèi)導(dǎo)體上，在同軸內(nèi)導(dǎo)體上采用包括邊緣孔盤荷波導(dǎo)的周期可調(diào)高頻段(c～ku波段)慢波結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：一種跨波段多頻可控慢波結(jié)構(gòu)折疊型相對論返波振蕩器，包括套筒、沿套筒軸心設(shè)置的同軸內(nèi)導(dǎo)體，在所述套筒內(nèi)疊置有兩段慢波結(jié)構(gòu)，所述其中一段包括帶中心孔盤荷波導(dǎo)的慢波結(jié)構(gòu)在套筒內(nèi)壁設(shè)置，所述另一段包括邊緣孔盤荷波導(dǎo)的慢波結(jié)構(gòu)在同軸內(nèi)導(dǎo)體設(shè)置，所述兩段慢波結(jié)構(gòu)各自在調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的作用下處于不同周期，強(qiáng)流電子束在慢波結(jié)構(gòu)周期調(diào)整狀態(tài)下，器件產(chǎn)生多頻可控l～ku波段的高功率微波。

進(jìn)一步地，當(dāng)帶中心孔盤荷波導(dǎo)的慢波結(jié)構(gòu)工作時，將邊緣孔盤荷波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的周期長度調(diào)至為0，使其成為器件的內(nèi)導(dǎo)體，不參與電子束與慢波結(jié)構(gòu)的相互作用。

進(jìn)一步地，當(dāng)邊緣孔盤荷波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)工作時，將帶中心孔盤荷波導(dǎo)的慢波結(jié)構(gòu)的周期長度調(diào)至為0，使其成為一段電子束傳輸波導(dǎo)，不參與電子束與慢波結(jié)構(gòu)的相互作用。

進(jìn)一步地，所述帶中心孔盤荷波導(dǎo)的慢波結(jié)構(gòu)為低頻段慢波結(jié)構(gòu)，所述低頻段慢波結(jié)構(gòu)與穿越低頻段慢波結(jié)構(gòu)的電子束相互作用，器件產(chǎn)生低頻段(l～s波段)多頻可控高功率微波。

進(jìn)一步地，所述邊緣孔盤荷波導(dǎo)的慢波結(jié)構(gòu)為高頻段慢波結(jié)構(gòu)，所述高頻段慢波結(jié)構(gòu)與穿越高頻段慢波結(jié)構(gòu)的電子束相互作用，器件產(chǎn)生高頻段(c～ku波段)多頻可控高功率微波。

進(jìn)一步地，包括與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接的兩個步進(jìn)電機(jī)，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括邊緣孔盤荷波導(dǎo)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、帶中心孔盤荷波導(dǎo)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，與所述帶中心孔盤荷波導(dǎo)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接的步進(jìn)電機(jī)位于器件外部，與所述邊緣孔盤荷波導(dǎo)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接的步進(jìn)電機(jī)位于同軸內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)部。

進(jìn)一步地，所述各慢波結(jié)構(gòu)通過具有等差螺紋距的螺桿進(jìn)行連接，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過螺紋結(jié)構(gòu)與螺桿連接。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用同軸相對論返波振蕩器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將包括帶中心孔盤荷波導(dǎo)的兩段慢波結(jié)構(gòu)中的高頻段慢波結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)“折疊”至同軸內(nèi)導(dǎo)體上，在同軸內(nèi)導(dǎo)體上采用包括邊緣孔盤荷波導(dǎo)的周期可調(diào)高頻段(c～ku波段)慢波結(jié)構(gòu)。帶中心孔盤荷波導(dǎo)的慢波結(jié)構(gòu)處于工作狀態(tài)時，位于同軸內(nèi)導(dǎo)體的邊緣孔盤荷波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)周期調(diào)整為零，器件輻射產(chǎn)生低頻段多頻可控高功率微波；邊緣孔盤荷波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)處于工作狀態(tài)時，帶中心孔盤荷波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)周期調(diào)整為零，器件輻射產(chǎn)生高頻段多頻可控高功率微波。

本發(fā)明中的多頻可控相對論返波振蕩器設(shè)計方法充分利用了帶中心孔盤荷波導(dǎo)及邊緣孔盤荷波導(dǎo)的高頻微波物理特性，利用邊緣孔盤荷波導(dǎo)將內(nèi)導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)榭烧{(diào)周期的慢波結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大了同軸相對論返波振蕩器的應(yīng)用范圍，使得相對論返波振蕩器在軸向尺寸較短的情況下既可實現(xiàn)單一器件輻射產(chǎn)生l～ku波段高功率微波，又有利于器件小型化、集成化設(shè)計要求。

附圖說明

圖1是跨波段多頻可控慢波結(jié)構(gòu)折疊型相對論返波振蕩器的正面剖視圖。

圖2是處于低頻段工作狀態(tài)的跨波段多頻可控慢波結(jié)構(gòu)折疊型相對論返波振蕩器的正面剖視圖。

圖3是處于高頻段工作狀態(tài)的跨波段多頻可控慢波結(jié)構(gòu)折疊型相對論返波振蕩器的正面剖視圖。

其中：1、套筒，2、產(chǎn)生低頻段的帶中心孔盤荷波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，3、產(chǎn)生高頻段的邊緣孔盤荷波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，4、帶中心孔盤荷波導(dǎo)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，5、邊緣孔盤荷波導(dǎo)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，6、強(qiáng)流電子束，7、與邊緣孔盤荷波導(dǎo)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接的步進(jìn)電機(jī)。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，一種跨波段多頻可控慢波結(jié)構(gòu)折疊型相對論返波振蕩器，器件各部件材料均為無磁不銹鋼。包括套筒，其作用是固定各慢波結(jié)構(gòu)以及相關(guān)連接段，確保器件各部分圍繞器件套筒軸線完成各項動作。沿套筒的軸心設(shè)置有同軸內(nèi)導(dǎo)體。

在套筒內(nèi)疊置有兩段慢波結(jié)構(gòu)，其中一段慢波結(jié)構(gòu)包括帶中心孔盤荷波，在套筒的內(nèi)部設(shè)置；另一段慢波結(jié)構(gòu)包括帶邊緣孔盤荷波導(dǎo)，在同軸內(nèi)導(dǎo)體上設(shè)置。兩段慢波結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立，并且各自獨(dú)立調(diào)節(jié)使慢波結(jié)構(gòu)處于不同的周期，強(qiáng)流電子束在慢波結(jié)構(gòu)周期調(diào)整狀態(tài)下，器件產(chǎn)生多頻可控l～ku波段的高功率微波。

包括帶中心孔盤荷波導(dǎo)的慢波結(jié)構(gòu)為低頻段慢波結(jié)構(gòu)，慢波結(jié)構(gòu)通過一具有等差螺紋距的螺桿進(jìn)行連接，通過螺桿調(diào)節(jié)，使得各慢波結(jié)構(gòu)處于不同周期，低頻段慢波結(jié)構(gòu)與穿越低頻段慢波結(jié)構(gòu)的相對論電子束相互作用，產(chǎn)生多頻可控的低頻段(l～s波段)高功率微波。極端情況下，慢波結(jié)構(gòu)周期長度為0，從而形成一端電子束傳輸波導(dǎo)，不參與電子束與慢波結(jié)構(gòu)的相互作用。

包括邊緣孔盤荷波導(dǎo)的慢波結(jié)構(gòu)為高頻段慢波結(jié)構(gòu)，慢波結(jié)構(gòu)通過一具有等差螺紋距的螺桿進(jìn)行連接，通過螺桿調(diào)節(jié)，使得各慢波結(jié)構(gòu)處于不同周期，高頻段慢波結(jié)構(gòu)與穿越高頻段慢波結(jié)構(gòu)的相對論電子束相互作用，產(chǎn)生多頻可控的高頻段(c～ku波段)高功率微波。極端情況下，慢波結(jié)構(gòu)周期長度為0，從而形成返波器件振蕩內(nèi)導(dǎo)體，不參與電子束與慢波結(jié)構(gòu)的相互作用。

當(dāng)其中一段慢波結(jié)構(gòu)處于工作狀態(tài)時，另一段慢波結(jié)構(gòu)的周期長度需調(diào)節(jié)至為0。具體為，當(dāng)同軸內(nèi)導(dǎo)體上包括邊緣孔盤荷波導(dǎo)的慢波結(jié)構(gòu)周期調(diào)整為零時，包括帶中心孔盤荷波導(dǎo)的慢波結(jié)構(gòu)周期可通過器件調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而器件輻射產(chǎn)生低頻狀態(tài)下多頻可控的高功率微波；當(dāng)包括帶中心孔盤荷波導(dǎo)的慢波結(jié)構(gòu)周期調(diào)整為零時，器件同軸內(nèi)導(dǎo)體上包括邊緣孔孔盤荷波導(dǎo)的慢波結(jié)構(gòu)周期可通過同軸內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)部的器件調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而器件輻射產(chǎn)生高頻狀態(tài)下多頻可控的高功率微波。

器件中的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)便于調(diào)節(jié)慢波結(jié)構(gòu)周期長度，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過螺紋結(jié)構(gòu)與螺桿進(jìn)行連接，其動力由步進(jìn)電機(jī)提供。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括邊緣孔盤荷波導(dǎo)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和帶中心孔盤荷波導(dǎo)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，與邊緣孔盤荷波導(dǎo)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接的步進(jìn)電機(jī)位于同軸內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)部，與中心孔盤荷波導(dǎo)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接的步進(jìn)電機(jī)位于器件外部。同軸內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體之間固定連接有支撐桿，支撐桿作為電力提供通道，同軸內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)部的步進(jìn)電機(jī)通過支撐桿與帶邊緣孔盤荷波導(dǎo)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)電連接。

盤荷波導(dǎo)周期的均勻調(diào)節(jié)通過兩盤荷波導(dǎo)片之間的距離調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。其具體調(diào)節(jié)實施方法為：盤荷波導(dǎo)片通過卡槽結(jié)構(gòu)與金屬圓波導(dǎo)連接，并通過螺紋結(jié)構(gòu)與具有等差螺紋距的螺桿連接。多段螺桿其螺紋距分別為m、2m、3m、…、nm(m為螺紋距離長度)；各盤荷波導(dǎo)片與其相連接的螺桿相對應(yīng)一致。根據(jù)模式轉(zhuǎn)換頻率的需要，旋轉(zhuǎn)螺桿一定角度θ(單位：弧度)，盤荷波導(dǎo)片各自軸向移動距離為θ·m、2θ·m、3θ·m、…、nθ·m，使得盤荷波導(dǎo)片各自軸向移動距離為l、2l、3l、…、nl(l＝θ·m)。這樣盤荷波導(dǎo)片之間的距離由d轉(zhuǎn)變?yōu)閐±l，對應(yīng)的帶中心孔盤荷波導(dǎo)周期長度由p變?yōu)閜±l。

如圖2所示的處于低頻段工作狀態(tài)的跨波段多頻可控慢波結(jié)構(gòu)折疊型相對論返波振蕩器，在該狀態(tài)下高頻段器件的慢波結(jié)構(gòu)通過相連接的螺桿進(jìn)行調(diào)節(jié)至周期長度為0，使其成為器件的內(nèi)導(dǎo)體，不參與電子束與慢波結(jié)構(gòu)的相互作用。通過螺桿調(diào)節(jié)低頻段慢波結(jié)構(gòu)，使其處于不同尺寸的慢波結(jié)構(gòu)周期狀態(tài)，并與穿越低頻段慢波結(jié)構(gòu)的相對論電子束相互作用，產(chǎn)生多頻可控的低頻段(l～s波段)高功率微波。

如圖3所示的處于低頻段工作狀態(tài)的跨波段多頻可控慢波結(jié)構(gòu)折疊型相對論返波振蕩器，在該狀態(tài)下低頻段器件的慢波結(jié)構(gòu)通過相連接的螺桿進(jìn)行調(diào)節(jié)至周期長度為0，使其成為一段電子束傳輸波導(dǎo)，不參與電子束與慢波結(jié)構(gòu)的相互作用。通過螺桿調(diào)節(jié)高頻段慢波結(jié)構(gòu)，使其處于不同尺寸的慢波結(jié)構(gòu)周期狀態(tài)，并與穿越高頻段慢波結(jié)構(gòu)的相對論電子束相互作用，產(chǎn)生多頻可控的高頻段(c～ku波段)高功率微波。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。