[发明专利]紧凑型轴向输出TE11模式的相对论磁控管

说明书

技术领域

本发明属于高功率微波技术中的微波源技术领域，具体涉及一种能使轴向输出的微波模式更加纯净，整个系统更加紧凑的具有圆TE11输出模式的相对论磁控管。

背景技术

美国高功率微波领域的权威人士James Benford从研制实用型的高功率微波系统角度出发，指出了未来高功率微波源的四个发展方向：(1)全面减小系统尺寸和重量，提高功耗比；(2)高重复频率工作；(3)频率可调谐；(4)长寿命。为了满足未来高功率微波源的发展应用需求，研制出实用型的高功率微波源，具有结构简单，效率高，频率可调，适合长脉冲和高重复频率运行等特点的相对论磁控管成了人们广泛和深入研究的对象之一。相比径向输出相对论磁控管而言，结构更加紧凑的轴向输出相对论磁控管在全面减小系统尺寸和重量方面具有更大的优势，因而成为近期研究的一大热点。

1轴向输出相对论磁控管的发展状况

2006年，美国新墨西哥大学M.I.Fuks教授等人通过调整A6磁控管的轴向输出端口过渡到圆锥输出喇叭的张角槽结构的数目2个、3个和6个，模拟实现了磁控管不同辐射模式TE11、TE01和TE31的轴向输出。在700kV和0.6T的工作条件下，该磁控管工作在π模式，工作电流在10kA左右，工作频率为2.18GHz，输出功率在600MW左右【M.I.Fuks,N.F.Kovalev,A.D.Andreev,and E.Schamiloglu.Mode conversion in a magnetron with axial extraction of radiation[J].IEEE Trans.Plasma Sci.,vol.34,no.3,p.620,Jun.2006.】。

2007年，日本长冈技术大学M.Daimon等人在E.Schamiloglu等人的研究基础上提出一种改进型结构的轴向输出相对论磁控管【M.Daimon,W.Jiang.Modified configuration of relativistic magnetron with diffraction output for efficiency improvement[J].Appl.Phys.Lett,2007,91(19):191503.】。该磁控管通过在轴向输出的过渡结构中增加一个角度变量Ф₀，使得磁控管功率转换效率得到大幅提升，模拟得到工作频率为2.5GHz，输出功率为1.05GW，功率转换效率为37％，辐射模式为TE31的结果。2008年，他们从实验上也验证了改进型结构有利于输出功率的提高【M.Daimon,K.Itoh,W.Jiang.Experimental demonstration of relativistic magnetron with modified output configuration[J].Appl.Phys.Lett.,2008,92(19):191504.】。

2009年，中国国防科技大学李伟博士等人针对轴向输出相对论磁控管辐射TE11模式效果差、效率低的情况，提出一种在轴向输出结构的对称张角槽中插入具有一定尺寸结构的过渡段的高效型结构，既较好地实现了TE11模式的微波辐射，又提高了功率效率，粒子模拟中工作频率为2.36GHz，输出功率为4.2GW，效率最高达到43％【W.Li and Y.-G.Liu.An efficient mode conversion configuration in relativistic magnetron with axial diffraction output[J].J.Appl.Phys.,vol.106,no.5,pp.053303–055305,Sep.2009.】。2013年，他们从实验上也验证了高效型结构有利于输出特性的改善【Wei Li,Yong-gui Liu,Jun Zhang,Di-fu Shi,and Wei-qi Zhang.Experimental investigations on the relations between configurations and radiation patterns of a relativistic magnetron with diffraction output[J].J.Appl.Phys.,vol.113,no.2,pp.023304-1–023304-4,Jan.2013.】。

目前已报道的轴向输出相对论磁控管虽然在输出模式特性和功率转换效率方面有较大的改善，但是整个系统结构在紧凑化和小型化方面仍有不足。