一种利用磁体尾场的相对论返波振荡器

摘要

本发明公开了一种利用磁体尾场的相对论返波振荡器，解决了现有磁体系统的尺寸过大、重量过重，不利于器件实现小型化的问题，包括在器件的外筒内设置的阴极和慢波结构，所述阴极与外筒共轴，其特征在于所述慢波结构包括沿套筒轴线方向依次设置的基模结构和过模结构，所述过模结构利用磁体的末端引导磁场，对基模结构产生的高功率微波进行放大。本发明采用上述结构的相对论返波振荡器，能够充分利用引导磁场的尾场来实现高功率微波的产生，器件系统的整体结构更加紧凑，更利于器件系统的小型化发展。

说明书

技术领域

本发明属于高功率微波器件技术领域，具体涉及一种慢波结构由基模结构和过模结构构成，并且利用磁体尾场的相对论返波振荡器。

背景技术

高功率微波(HPM)一般是指峰值功率在 100MW 以上、工作频率为 1～300GHz 范围内的电磁波。高功率微波技术和微波器件的研究与发展已有30多年的历史，近几年来，随着脉冲功率技术和等离子体物理的不断发展，高功率微波技术发展迅速，尤其是在高功率微波源的研制方面取得了极大的进展。到目前为止，其功率水平相比普通微波源已提高了几个量级，在多个科学领域得到广泛的应用，从而也使高功率微波成为一门新技术，它借助于现代强相对论电子束技术的巨大功率和能量储备能力正向着更短波长和超高功率的方向发展。

到目前为止，高功率微波的发展已经走过了单一功率追求的单纯性新概念探索的阶段，研究重点已经转移到与高功率微波实际应用有关的更为细致的技术上。其中，提高高功率微波源系统产生效率和单脉冲能量、系统小型化、集成化设计以及发展智能型高功率微波装置是目前高功率微波源技术的主要研究内容。高功率微波器件的进一步实用化是小型化。

磁体系统是器件系统中重量、体积占比最大的部件。如图1所示，一般相对论返波振荡器整体都置于磁体的均匀磁场区，为减小器件系统的整体尺寸、重量，实现器件系统小型化，一种可行的方法是充分利用引导磁场的尾场来实现高功率微波的产生。

发明内容

本发明公开了一种利用磁体尾场的相对论返波振荡器，解决了现有磁体系统的尺寸过大、重量过重，不利于器件实现小型化的问题。通过利用引导磁场的尾场来实现高功率微波的产生，器件系统的整体结构更加紧凑，更利于器件系统的小型化发展。

本发明为实现上述目的，主要通过以下技术方案实现：

一种利用磁体尾场的相对论返波振荡器，包括在器件的外筒内设置的阴极和慢波结构，所述阴极与外筒共轴，其特征在于所述慢波结构包括沿套筒轴线方向依次设置的基模结构和过模结构，所述过模结构利用磁体的末端引导磁场，对基模结构产生的高功率微波进行放大。

在上述技术方案中，所述基模结构包括前反射腔、慢波结构及后反射腔。

在上述技术方案中，基模结构前反射腔在靠近阴极的基模结构一端上设置，用于对进入基模结构进行束波互作用的强流电子束进行预调制，基模结构后反射腔位于基模结构与过模结构之间，增强微波反射，提高束波互作用强度。

在上述技术方案中，所述过模结构的内径沿套筒轴线方向逐渐放大。

在上述技术方案中，所述基模结构和过模结构之间设置有波纹波导结构。

在上述技术方案中，所述器件电子束传输末端具有收集极和波纹喇叭结构。

由于采用了上述技术方案，本发明具有以下有益技术效果：

本发明器件中的过模结构利用磁体的末端引导磁场，减小器件的轴向尺寸且相应减小磁体尺寸和重量，进而器件的整体尺寸与现有的相对论返波振荡器相比更加小，重量更加轻便，器件系统的整体结构更加紧凑，有利于器件系统的小型化发展。

本发明的器件微波输出效率和输出质量高，通过基模结构前后增加反射腔，过模结构对基模结构产生的微波进行放大，防止器件内电场击穿提高微波传输效率；电子束传输末端的收集极防止强流电子束轰击阳极产生等离子体对辐射微波产生干扰；以及电子束传输末端的波纹喇叭结构，用于抑制杂模，提高微波传输效率。

附图说明

图1是现有相对论返波振荡器系统结构示意图。

图2是本发明的相对论返波振荡器系统结构示意图。

图3是本发明利用磁体尾场的相对论返波振荡器的正面剖视图。

其中：1、阴极，2、前反射腔，3、基模结构，4、后返射腔，5、渐进突变波纹波导结构，6、过模结构，7、收集极，8、波纹喇叭结构，9、环形强流电子束。

具体实施方式

发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2所示，一种利用磁体尾场的相对论返波振荡器，包括外筒内设置的阴极和慢波结构，阴极与外筒共轴并且用于发射强流电子，阴极的材料一般采用石墨。

慢波结构包括前后两部分，前部分为靠近阴极设置的基模结构，后半部分为过模结构，基模结构和过模结构沿外筒的轴线方向依次设置。基模结构的主要作用是锁定输出微波频率，利用磁体末端引导磁场，产生模式为基模的高功率微波。过模结构的内径与磁体尾场的位形分布一致，其内径沿外筒的轴线方向呈逐渐放大分布，过模结构用于对慢波结构中基模结构产生的高功率微波进行放大，防止器件内电场击穿，进而提高微波输出效率。

在利用磁体尾场的器件基础上，如图3所示，在基模结构的前后增加有谐振反射腔，其中前反射腔在靠近阴极的基模结构一端上设置，前谐振反射腔的结构参数与输出参数密切相关，其作用是对进入基模结构进行束波互作用的强流电子束进行预调制，提高微波的传输效率。后反射腔在过模结构和基模结构之间设置，后返射腔的作用是增强微波的反射，增加束波的互作用强度。

在基模结构和过模结构之间设置连接有一段渐进突变波纹波导结构，渐进突变波纹波导结构能够抑制由于器件内径而引起的杂模起振。

环形强流电子束从阴极发出，通过环形孔进入谐振腔，在慢波结构边缘沿着外筒的轴线方向进行传输，慢波结构还包括在强流电子束传输末端依次设置的收集极和波纹喇叭结构。收集极用于防止强流电子束轰击阳极产生等离子体对辐射微波产生干扰，波纹喇叭结构用于抑制杂模，提高微波传输效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。