一種全腔提取相對(duì)論磁控管的混合勵(lì)磁系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種全腔提取相對(duì)論磁控管的混合勵(lì)磁系統(tǒng)，包括陽(yáng)極外筒和設(shè)置在陽(yáng)極外筒內(nèi)的陰極，陰極與陽(yáng)極外筒同軸線設(shè)置，所述陰極與陽(yáng)極外筒之間設(shè)置有陽(yáng)極塊，陰極和陽(yáng)極塊之間為束波互作用區(qū)域，所述陽(yáng)極外筒外表面套有電磁線圈，包括設(shè)置在陽(yáng)極外筒內(nèi)與陰極之間的永磁體；本實(shí)用新型中，永磁磁鐵嵌于磁控管內(nèi)部，充分利用了磁控管的內(nèi)部空間。內(nèi)嵌永磁磁鐵有效地提高了磁場(chǎng)線圈端部的磁場(chǎng)，通過(guò)內(nèi)嵌永磁磁鐵和磁場(chǎng)線圈的混合使用，實(shí)現(xiàn)了互作用區(qū)域的磁場(chǎng)均勻分布，同時(shí)使得整個(gè)全腔提取相對(duì)論磁控管混合勵(lì)磁系統(tǒng)功耗較低。
【專利說(shuō)明】
一種全腔提取相對(duì)論磁控管的混合勵(lì)磁系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于高功率微波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全腔提取相對(duì)論磁控管的混合勵(lì)磁系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]高功率微波是20世紀(jì)70年代以來(lái)隨著等離子體技術(shù)、脈沖功率技術(shù)的進(jìn)步以及計(jì)算機(jī)粒子模擬軟件的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的一個(gè)研究領(lǐng)域，高功率微波源是高功率微波系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一，相對(duì)論磁控管(RM)作為一種典型的高功率微波源代表，由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行磁場(chǎng)低、具備高功率與重復(fù)脈沖工作的能力，同時(shí)也具備多管鎖相工作合成輸出更大功率的潛能，因而在國(guó)際上受到廣泛重視。為了提高相對(duì)論磁控管的工作性能，研究者對(duì)其結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了廣泛的研究，Greenwood和Hoff等人提出了全腔提取軸向輸出結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)將磁控管相鄰諧振腔耦合孔以沿中心線對(duì)稱的形式與一個(gè)扇形輸出波導(dǎo)相連，當(dāng)磁控管工作在4莫時(shí)，扇形輸出波導(dǎo)中將激勵(lì)起TE11模。與傳統(tǒng)徑向輸出磁控管相比，這種結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱輸出的特點(diǎn)，對(duì)磁控管工作狀態(tài)影響較小。由于輸出微波沿扇形波導(dǎo)軸向傳輸，器件徑向尺寸較小，有利于磁控管的磁體設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)小型化。
[0003]絕大部分高功率微波源主要是利用相對(duì)論電子束與微波腔體相互作用產(chǎn)生高功率微波輸出，一般來(lái)說(shuō)其工作需要外加磁場(chǎng)約束電子束傳輸。現(xiàn)有的外加磁場(chǎng)方式有利用磁場(chǎng)線包或永磁體等實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁，不同的勵(lì)磁方式有著不同的特點(diǎn)。磁場(chǎng)線包是實(shí)際使用較為廣泛的一種勵(lì)磁方式，這主要是由于其具有制作技術(shù)成熟，成本低廉，能夠提供較大尺寸的均勻磁場(chǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但它也有一些自身的缺點(diǎn)，其能耗較高，并且高能量的供電電源會(huì)增大系統(tǒng)的體積和重量，這不利于高功率微波源的小型化。永磁體具有不消耗能量、能夠提供穩(wěn)定的磁場(chǎng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但永磁體造價(jià)較高，另外永磁體的磁場(chǎng)是由自身永磁體結(jié)構(gòu)和磁路磁導(dǎo)決定，設(shè)計(jì)成型后其勵(lì)磁范圍有限，很難調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為了彌補(bǔ)磁場(chǎng)線圈的缺點(diǎn)，結(jié)合全腔提取相對(duì)論磁控管的結(jié)構(gòu)特征，提出了混合勵(lì)磁的方式，在相對(duì)論磁控管的內(nèi)部放置永磁塊，用于輔助外部的磁場(chǎng)線圈進(jìn)行勵(lì)磁。該套混合勵(lì)磁系統(tǒng)具有體積小、重量輕、能耗低的優(yōu)點(diǎn)，能滿足多種移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)的需求。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]—種全腔提取相對(duì)論磁控管的混合勵(lì)磁系統(tǒng)，包括陽(yáng)極外筒和設(shè)置在陽(yáng)極外筒內(nèi)的陰極，陰極與陽(yáng)極外筒同軸線設(shè)置，所述陰極與陽(yáng)極外筒之間設(shè)置有陽(yáng)極塊，陰極和陽(yáng)極塊之間為束波互作用區(qū)域，所述陽(yáng)極外筒外表面套有電磁線圈；包括設(shè)置在陽(yáng)極外筒內(nèi)與陰極之間的永磁體。
[0007]在上述技術(shù)方案中，所述陽(yáng)極塊設(shè)置為六塊，沿同一圓周均勻分布。
[0008]在上述技術(shù)方案中，所述陽(yáng)極塊外形一致，每?jī)蓚€(gè)陽(yáng)極塊之間形成提取腔。
[0009]在上述技術(shù)方案中，所述永磁體為環(huán)形狀，永磁體與陰極同軸線設(shè)置。
[0010]在上述技術(shù)方案中，包括兩塊大小、形狀相同的永磁體。
[0011 ]在上述技術(shù)方案中，陽(yáng)極塊設(shè)置在兩塊永磁體之間。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述電磁線圈軸向設(shè)置中心與束波互作用區(qū)域中心重合。
[0013]在上述技術(shù)方案中，兩塊永磁體軸向設(shè)置中心與束波互作用區(qū)域中心重合。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0015]本發(fā)明中，永磁磁鐵嵌于磁控管內(nèi)部，充分利用了磁控管的內(nèi)部空間。內(nèi)嵌永磁磁鐵有效地提高了磁場(chǎng)線圈端部的磁場(chǎng)，通過(guò)內(nèi)嵌永磁磁鐵和磁場(chǎng)線圈的混合使用，實(shí)現(xiàn)了互作用區(qū)域的磁場(chǎng)均勻分布，同時(shí)使得整個(gè)全腔提取相對(duì)論磁控管混合勵(lì)磁系統(tǒng)功耗較低；
[0016]該混合勵(lì)磁方式充分利用了全腔提取相對(duì)論磁控管的結(jié)構(gòu)特征以及永磁體的優(yōu)點(diǎn)，能夠提供相對(duì)論磁控管正常工作所需的均勻磁場(chǎng)。所設(shè)計(jì)的混合勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，重量輕，制作和使用維護(hù)費(fèi)用較低，非常有利于移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)使用。
【附圖說(shuō)明】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明；
[0018]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]其中:I是陽(yáng)極外筒;2是束波互作用區(qū)域;3、4是內(nèi)嵌永磁磁塊;5是磁場(chǎng)線圈；6是永磁體。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0021]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(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明的全腔提取相對(duì)論磁控管由陽(yáng)極外筒，六個(gè)大小相同的陽(yáng)極塊，陰極、全腔提取結(jié)構(gòu)和輸出結(jié)構(gòu)組成。陰極位于陽(yáng)極筒內(nèi)部，與陽(yáng)極筒同軸心。六個(gè)陽(yáng)極塊位于陽(yáng)極筒和陰極之間，均勻環(huán)繞在陰極外部，六個(gè)陽(yáng)極塊間沿角向形成了六個(gè)諧振腔。陰極和陽(yáng)極塊之間為束波互作用區(qū)域。全腔提取結(jié)構(gòu)采用的是徑向耦合孔與扇形波導(dǎo)相結(jié)合的方式。微波經(jīng)過(guò)扇形波導(dǎo)，再由同軸波導(dǎo)進(jìn)一步合成，最后經(jīng)末端圓錐過(guò)渡，由圓波導(dǎo)端口輸出。
[0023]磁場(chǎng)線圈套于相對(duì)論磁控管外筒外部，軸向放置中心與束波互作用區(qū)域中心重入口 ο
[0024]內(nèi)嵌永磁磁鐵為兩塊相同大小的同軸型磁塊，其體積較小，位于相對(duì)論磁控管的內(nèi)部，其外徑等于相對(duì)論磁控管的陽(yáng)極塊外徑，與相對(duì)論磁控管保持同軸，兩塊內(nèi)嵌小磁塊軸向放置中心也與束波互作用區(qū)域中心重合。
[0025]磁場(chǎng)線圈與內(nèi)嵌永磁磁鐵共同為相對(duì)論磁控管的束波互作用區(qū)域提供軸向均勻磁場(chǎng)。
[0026]具體實(shí)施例如下:
[0027]磁場(chǎng)線圈套于陽(yáng)極外筒上，線圈內(nèi)半徑為105mm，外半徑為155mm，軸向放置中心與束波互作用區(qū)域中心重合，軸向長(zhǎng)度為80mm，采用2mmX 3mm的銅線繞制，導(dǎo)線上通的電流為80A，采用水冷的冷卻方式。
[0028]內(nèi)嵌永磁磁鐵的兩個(gè)小磁塊位于相對(duì)論磁控管的內(nèi)部，與相對(duì)論磁控管保持同軸，兩塊內(nèi)嵌小磁塊軸向放置中心也與束波互作用區(qū)域中心重合。小磁塊外徑為60mm，內(nèi)徑為30 mm，每一塊的軸向長(zhǎng)度為100 mm，兩塊小磁塊的間隔為250 mm，磁化方向均采用軸向方向。兩個(gè)同軸小磁塊均采用具有較高的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度的硬磁材料，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.33T。
[0029]采用上述結(jié)構(gòu)尺寸，模擬得到磁場(chǎng)線圈和內(nèi)嵌永磁磁塊在互作用區(qū)域內(nèi)的軸向磁場(chǎng)分布，該磁場(chǎng)分布較均勻，完全滿足該尺寸下的全腔提取相對(duì)論磁控管正常工作產(chǎn)生微波所需的磁場(chǎng)。該套混合勵(lì)磁系統(tǒng)中，磁場(chǎng)線圈重量約為11.5 Kg，功耗約為10KW，內(nèi)嵌永磁磁鐵總重量約為13.5Kg。而直接采用磁場(chǎng)線圈提供上述的磁場(chǎng)，線圈重量約為67Kg，功耗約為44KW。由此可見(jiàn)，采用本實(shí)施例中的混合勵(lì)磁方式，可比采用傳統(tǒng)的磁場(chǎng)線圈重量下降超60%，線圈功耗下降超70%。由于該混合勵(lì)磁方式使得器件結(jié)構(gòu)緊湊，故該發(fā)明可用于對(duì)器件小型化要求較高的移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)中。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種全腔提取相對(duì)論磁控管的混合勵(lì)磁系統(tǒng)，包括陽(yáng)極外筒和設(shè)置在陽(yáng)極外筒內(nèi)的陰極，陰極與陽(yáng)極外筒同軸線設(shè)置，所述陰極與陽(yáng)極外筒之間設(shè)置有陽(yáng)極塊，陰極和陽(yáng)極塊之間為束波互作用區(qū)域，所述陽(yáng)極外筒外表面套有電磁線圈；其特征在于包括設(shè)置在陽(yáng)極外筒內(nèi)與陰極之間的永磁體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全腔提取相對(duì)論磁控管的混合勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于所述陽(yáng)極塊設(shè)置為六塊，沿同一圓周均勻分布。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種全腔提取相對(duì)論磁控管的混合勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于所述陽(yáng)極塊外形一致，每?jī)蓚€(gè)陽(yáng)極塊之間形成提取腔。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全腔提取相對(duì)論磁控管的混合勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于所述永磁體為環(huán)形狀，永磁體與陰極同軸線設(shè)置。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全腔提取相對(duì)論磁控管的混合勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于包括兩塊大小、形狀相同的永磁體。6.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的一種全腔提取相對(duì)論磁控管的混合勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于陽(yáng)極塊設(shè)置在兩塊永磁體之間。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全腔提取相對(duì)論磁控管的混合勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于所述電磁線圈軸向設(shè)置中心與束波互作用區(qū)域中心重合。8.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的一種全腔提取相對(duì)論磁控管的混合勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于兩塊永磁體軸向設(shè)置中心與束波互作用區(qū)域中心重合。
【文檔編號(hào)】H01J25/50GK205582877SQ201620184964
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年3月11日
【發(fā)明人】徐莎, 王冬, 秦奮, 張勇, 馬弘舸, 張新凱
【申請(qǐng)人】中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所