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(fā)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(shè)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(nèi)依次同軸設(shè)置有陰極和高頻段器件束波互作用區(qū)；高頻相對論返波振蕩器的外部設(shè)置有第一引導(dǎo)磁體；低頻微波器件包括：低頻相對論返波振蕩器，其內(nèi)設(shè)置有低頻段器件束波互作用區(qū)；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(shè)置有第二引導(dǎo)磁體。本發(fā)明利用相對論返波振蕩器中圓波導(dǎo)臨界波長原理，利用同一環(huán)形強流電子束通過不同磁場強度分布的磁場引導(dǎo)系統(tǒng)，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(chǎn)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(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及高功率微波器件技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種跨波段雙頻相對論返波振蕩 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，高功率微波源在追求高功率、高效率W及實現(xiàn)長脈沖和高重頻運行的同 時，也呈現(xiàn)出了其他的一些發(fā)展特點，如追求單個微波源器件產(chǎn)生具有多個頻率的微波。該 類型的器件能夠?qū)崿F(xiàn)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(chuàng)新應(yīng) 用，具有一定的學(xué)術(shù)價值和潛在的應(yīng)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(chǎn)生器件之一，在高功率微波產(chǎn)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(yīng)用，具有重要 的現(xiàn)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(tǒng)，所需要的破壞 閥值會降低，采用運種技術(shù)會使功率微波技術(shù)更快地趨于實用。然而，國內(nèi)外報道的產(chǎn)生雙 頻高功率微波方法其實質(zhì)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(fù)雜，不利于高功率微波的實際應(yīng)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(xué)術(shù)價值和 應(yīng)用價值，運也是高功率微波技術(shù)研究的又一個新的研究方向，將為高功率微波效應(yīng)研究 提供很好的基礎(chǔ)。
[0004] 本發(fā)明利用相對論返波振蕩器中圓波導(dǎo)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(dǎo)系統(tǒng)，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(chǎn)生高頻段及低頻段的高功率微波。本發(fā)明中的低頻及高頻器件可根據(jù)實 際頻率需求進行相應(yīng)的設(shè)計，結(jié)構(gòu)靈活多變，在高功率微波器件中可W很好的實現(xiàn)大跨波 段雙頻高功率微波的產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)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(yōu) 點。
[0006] 為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的運些目的和其它優(yōu)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(shè)置的高頻微波器件和低頻微波器件。
[0007] 優(yōu)選的是，所述低頻微波器件產(chǎn)生的高功率微波的波長大于高頻微波器件的直 徑。
[000引優(yōu)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(nèi)依次同軸設(shè)置有陰極和高頻段器件束波互作用區(qū)； 所述高頻相對論返波振蕩器的外部設(shè)置有第一引導(dǎo)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(nèi)設(shè)置有低頻段器件束波互作用區(qū)；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(shè)置有第二引導(dǎo)磁體。
[0012] 優(yōu)選的是，所述高頻段器件束波互作用區(qū)由多個第一慢波結(jié)構(gòu)組成;所述多個第 一慢波結(jié)構(gòu)由從陰極發(fā)射端開始依次分布的多個間隔設(shè)置的第一環(huán)形葉片組成；
[0013] 所述低頻段器件束波互作用區(qū)由多個第二慢波結(jié)構(gòu)組成;所述多個第二慢波結(jié)構(gòu) 由依次分布的多個間隔設(shè)置的第二環(huán)形葉片組成。
[0014] 優(yōu)選的是，所述第一慢波結(jié)構(gòu)的直徑小于第二慢波結(jié)構(gòu)的直徑。
[0015] 優(yōu)選的是，所述高頻段器件束波互作用區(qū)由14個第一慢波結(jié)構(gòu)組成，第一慢波結(jié) 構(gòu)的周期長度為3.3mm、直徑為7mm、腔深為0.75mm。
[0016] 優(yōu)選的是，所述低頻段器件束波互作用區(qū)由8個第二慢波結(jié)構(gòu)組成，第二慢波結(jié)構(gòu) 的周期長度為20mm、直徑為22mm、腔深為1.4mm。
[0017] 優(yōu)選的是，所述第一引導(dǎo)磁體和第二引導(dǎo)磁體均產(chǎn)生IT的軸向引導(dǎo)磁場。
[0018] 優(yōu)選的是，所述陰極為石墨陰極，在陰陽極電壓300kV驅(qū)動下場致發(fā)射石墨陰極產(chǎn) 生的電流強度為1.5kA的環(huán)形強流電子束，環(huán)形強流電子束內(nèi)外直徑分別為5.2mm和5.6mm; 在第一引導(dǎo)磁體的引導(dǎo)下進入高頻段器件束波互作用區(qū)，并福射產(chǎn)生Ka波段頻率為38G化 的高功率微波，在第一引導(dǎo)磁體與第二引導(dǎo)磁體的銜接處產(chǎn)生一階梯躍遷式軸向磁場，在 此磁場的作用下，環(huán)形強流電子束內(nèi)外直徑擴大為16mm和18mm，并進入低頻段器件束波互 作用區(qū)，并福射產(chǎn)生C波段頻率為4.8G化的高功率微波。
[0019] 優(yōu)選的是，所述高頻微波器件和低頻微波器件內(nèi)為真空腔。
[0020] 本發(fā)明至少包括W下有益效果:本發(fā)明利用相對論返波振蕩器中圓波導(dǎo)臨界波長 原理，利用同一環(huán)形強流電子束通過不同磁場強度分布的磁場引導(dǎo)系統(tǒng)，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(chǎn)生 高頻段及低頻段的高功率微波。本發(fā)明中的低頻及高頻器件可根據(jù)實際頻率需求進行相應(yīng) 的設(shè)計，結(jié)構(gòu)靈活多變，在高功率微波器件中可W很好的實現(xiàn)大跨波段雙頻高功率微波的 產(chǎn)生。
[0021] 本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本 發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說明】：
[0022] 圖1為本發(fā)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(fā)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(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，W令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文 字能夠據(jù)W實施。
[0025] 應(yīng)當理解，本文所使用的諸如"具有"、"包含"W及"包括"術(shù)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(fā)明的一種跨波段雙頻相對論返波振蕩器，包括依次同軸設(shè)置的高頻微波器件 和低頻微波器件;利用圓波導(dǎo)臨界波長原理，利用同一環(huán)形強流電子束通過不同磁場強度 分布的磁場引導(dǎo)系統(tǒng)，環(huán)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(chǎn)生高頻段及低頻段的高功率微波，在運種技術(shù)方 案中，環(huán)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(huán)形強流電子束其后穿過 的低頻微波器件所產(chǎn)生的低頻高功率微波波長。
[0027] 在上述技術(shù)方案中，所述高頻微波器件和低頻微波器件內(nèi)為真空腔，真空度一般 為毫帕。
[0028] 在上述技術(shù)方案中，所述低頻微波器件產(chǎn)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(chǎn)生具有干擾作用，確保兩個波段微波的獨立 產(chǎn)生。
[0029] 在上述技術(shù)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(nèi)依次同軸設(shè)置有陰極1和高頻段器件束波互作用區(qū) 8;所述高頻相對論返波振蕩器2的外部設(shè)置有第一引導(dǎo)磁體4;第一引導(dǎo)磁體4具有圓柱體 空腔，第一引導(dǎo)磁體4的作用是按照磁體產(chǎn)生的磁場引導(dǎo)環(huán)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(chǎn)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(nèi)設(shè)置有低頻段器件束波互作用區(qū)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(shè)置有第二引導(dǎo)磁體7;第二引導(dǎo)磁體7具有圓柱體空腔，第二引導(dǎo)磁體7的作用是按 照磁體產(chǎn)生的磁場引導(dǎo)環(huán)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(chǎn)生低頻高功率微波；
[0033] 在運種技術(shù)方案中，陰極1產(chǎn)生的環(huán)形強流電子束在第一引導(dǎo)磁體4的引導(dǎo)下進入 高頻段器件束波互作用區(qū)8,在高頻相對論返波振蕩器2中傳輸?shù)沫h(huán)形強流電子束3福射產(chǎn) 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(dǎo)磁體4與低頻相對論返波振 蕩器5的第二引導(dǎo)磁體在銜接處產(chǎn)生一階梯躍遷式軸向磁場，在此磁場引導(dǎo)下，環(huán)形強流電 子束的內(nèi)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(qū)9,在 低頻相對論返波振蕩器5中傳輸?shù)沫h(huán)形強流電子束6福射產(chǎn)生另一波段的高功率微波。環(huán)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(huán)形強流電子束其后穿過 的低頻相對論返波振蕩器所產(chǎn)生的低頻高功率微波波長，低頻相對論返波振蕩器產(chǎn)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(chǎn)生具 有干擾作用，確保兩個波段微波的獨立產(chǎn)生。
[0034] 在上述技術(shù)方案中，所述高頻段器件束波互作用區(qū)8由多個第一慢波結(jié)構(gòu)組成;所 述多個第一慢波結(jié)構(gòu)由從陰極發(fā)射端開始依次分布的多個間隔設(shè)置的第一環(huán)形葉片10組 成；
[0035] 所述低頻段器件束波互作用區(qū)9由多個第二慢波結(jié)構(gòu)組成;所述多個第二慢波結(jié) 構(gòu)由依次分布的多個間隔設(shè)置的第二環(huán)形葉片11組成。
[0036] 在上述技術(shù)方案中，所述第一慢波結(jié)構(gòu)的直徑小于第二慢波結(jié)構(gòu)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(qū)由14個第一慢波結(jié)構(gòu)組成，第 一慢波結(jié)構(gòu)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(qū)由8個第二慢波結(jié)構(gòu)組成，第二慢波結(jié)構(gòu)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(dǎo)磁體和第二引導(dǎo)磁體均產(chǎn)生1T的軸向引導(dǎo)磁場;所述陰極為石墨陰 極，在陰陽極電壓300kV驅(qū)動下場致發(fā)射石墨陰極產(chǎn)生的電流強度為1.5kA的環(huán)形強流電子 束，環(huán)形強流電子束內(nèi)外直徑分別為5.2mm和5.6mm;在第一引導(dǎo)磁體的引導(dǎo)下進入高頻段 器件束波互作用區(qū)，并福射產(chǎn)生Ka波段頻率為38G化的高功率微波，在第一引導(dǎo)磁體與第二 引導(dǎo)磁體的銜接處產(chǎn)生一階梯躍遷式軸向磁場，假定環(huán)形強流電子束發(fā)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(dǎo)下，環(huán)形強流電子束內(nèi)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(qū)9,在電壓300kV，電流強度為1.5kA的環(huán) 形強流電子束在低頻段器件束波互作用區(qū)傳輸過程中福射產(chǎn)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(dǎo)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(qū)傳輸過程中福射產(chǎn)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(chǎn)生的干擾。因此Ka波段及C波段高功率微波可獨立產(chǎn)生。
[0041] 本發(fā)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(dǎo)磁場，使環(huán)形 電子束可W實現(xiàn)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(xiàn)環(huán)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(dǎo)磁體產(chǎn)生引導(dǎo)磁場，在高頻微波器件與低頻微波器件過渡部分產(chǎn)生一階梯 躍遷式軸向引導(dǎo)磁場，實現(xiàn)跨波段雙頻高功率微波的產(chǎn)生。
[0042] 盡管本發(fā)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(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地 實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限 于特定的細節(jié)和運里示出與描述的圖例。
【主權(quán)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(shè)置的高頻微波器 件和低頻微波器件。2. 如權(quán)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(chǎn)生的高功率微波的波長大于高頻微波器件的直徑。3. 如權(quán)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(nèi)依次同軸設(shè)置有陰極和高頻段器件束波互作用區(qū)；所述 高頻相對論返波振蕩器的外部設(shè)置有第一引導(dǎo)磁體； 所述低頻微波器件包括： 低頻相對論返波振蕩器，其內(nèi)設(shè)置有低頻段器件束波互作用區(qū)；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(shè)置 有第二引導(dǎo)磁體。4. 如權(quán)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(qū)由多個第一慢波結(jié)構(gòu)組成;所述多個第一慢波結(jié)構(gòu)由從陰極發(fā)射端開始依次分 布的多個間隔設(shè)置的第一環(huán)形葉片組成； 所述低頻段器件束波互作用區(qū)由多個第二慢波結(jié)構(gòu)組成;所述多個第二慢波結(jié)構(gòu)由依 次分布的多個間隔設(shè)置的第二環(huán)形葉片組成。5. 如權(quán)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(jié)構(gòu) 的直徑小于第二慢波結(jié)構(gòu)的直徑。6. 如權(quán)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(qū)由14個第一慢波結(jié)構(gòu)組成，第一慢波結(jié)構(gòu)的周期長度為3.3mm、直徑為7mm、腔深 為0·75mm〇7. 如權(quán)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(qū)由8個第二慢波結(jié)構(gòu)組成，第二慢波結(jié)構(gòu)的周期長度為20mm、直徑為22mm、腔深 為1·4mm〇8. 如權(quán)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(dǎo)磁體 和第二引導(dǎo)磁體均產(chǎn)生1T的軸向引導(dǎo)磁場。9. 如權(quán)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(qū)動下場致發(fā)射石墨陰極產(chǎn)生的電流強度為1.5kA的環(huán)形強流電子 束，環(huán)形強流電子束內(nèi)外直徑分別為5.2mm和5.6mm;在第一引導(dǎo)磁體的引導(dǎo)下進入高頻段 器件束波互作用區(qū)，并輻射產(chǎn)生Ka波段頻率為38GHz的高功率微波，在第一引導(dǎo)磁體與第二 引導(dǎo)磁體的銜接處產(chǎn)生一階梯躍迀式軸向磁場，在此磁場的作用下，環(huán)形強流電子束內(nèi)外 直徑擴大為16mm和18mm，并進入低頻段器件束波互作用區(qū)，并輻射產(chǎn)生C波段頻率為4.8GHz 的高功率微波。10. 如權(quán)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(nèi)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(fā)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(yīng)用電子學(xué)研究所