[发明专利]直接产生圆极化TE11模的相对论返波管

说明书

技术领域

本发明属于微波激射器领域，特别是涉及一种相对论返波管。

背景技术

相对论返波管(relativistic backward wave oscillator，以下简称RBWO)具有高功率、高效率、适合重复频率工作等特点，是最重要的高功率微波源之一。目前常使用的RBWO如图1所示，它包括环形阴极1、谐振反射器6、慢波结构7、输出波导4和磁场线圈5。环形阴极1位于装置前部；谐振反射器6、慢波结构7和输出波导4与环形阴极1相隔一定距离，依次置于其后；磁场线圈5则位于环形阴极1、谐振反射器6和慢波结构7的外围。谐振反射器6为内有圆柱腔的圆管件结构，对慢波结构7产生的微波起反射作用，对环形阴极区和慢波结构区进行微波隔离。慢波结构7一般是一段波导壁变化的波纹圆波导，能使微波的相速减小到小于真空中的光速，使微波相速和电子束的速度能够满足切伦柯夫同步条件。

工作时，由环形阴极1产生薄的环形相对论电子束，在磁场线圈5产生的磁场引导下，经过谐振反射器6，进入慢波结构7，在慢波结构7内激励起微波。从环形阴极1出来的电子束是非调制的，进入谐振反射器6后，产生预调制；随后进入慢波结构7，调制进一步加深。受调制的电子束与微波的-1次空间谐波相互作用，产生切伦柯夫辐射，从而将一部分动能转交给电磁场，这就导致信号幅值进一步增加。微波向环形阴极1端传输，在慢波结构7的起始端被谐振反射器6反射，重新经过慢波结构7后从输出波导4输出。

上述RBWO为轴对称结构，其输出微波模式通常为TM₀₁模。由于TM₀₁模在辐射场中心点的功率密度为零，实际应用中需采用模式转换器将TM₀₁模转换成TE₁₁模后再进行辐射。而在某些特殊的应用场合，如通讯、导航、深空探测等，由于目标的极化方向未知，因而需要用到圆极化场。这时还需要利用圆极化器将线极化TE₁₁模转换成圆极化TE₁₁模。模式转换器和圆极化器的引入增加了系统重量、长度，两次转换效率有限，不能达到100％，造成能量损失。因此，急需能直接产生圆极化TE₁₁模的RBWO。

发明内容

本发明的目的是提供一种直接产生圆极化TE₁₁模的相对论返波管。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种直接产生圆极化TE₁₁模的相对论返波管，包括环形阴极、输出波导和磁场线圈，还包括角向分区双预调制腔、角向分区慢波结构；

所述环形阴极位于相对论返波管前部，在高压脉冲作用下向外发射环形相对论电子束；所述角向分区双预调制腔、角向分区慢波结构、输出波导依次置于环形阴极后面；所述磁场线圈位于环形阴极角向分区双预调制腔、角向分区慢波结构的外围；

所述角向分区双预调制腔由两组相对的弧形双间隙腔构成，两组弧形双间隙腔结构相同，四个弧形双间隙腔围成圆管，两组弧形双间隙腔在轴向位置上错开d/4，其中d为角向分区慢波结构周期长度；

每个弧形双间隙腔内部包括3个相连的、不同半径、不同宽度的扇形腔，扇形腔的半径依次记为：R₁、R₂、R₃，且满足R₁、R₃＞R₂；

所述角向分区慢波结构由两组相对的弧形波纹波导构成，两组弧形波纹波导结构相同，四个弧形波纹波导围成圆管，两组弧形波纹波导在轴向位置上错开d/4，且位置靠后的一组弧形波纹波导对应前面位置靠后的一组弧形双间隙腔。

进一步的，所述3个扇形腔的半径R₁、R₂、R₃满足0.65λ＜R₁，R₂，R₃＜1.38λ，所述3个扇形腔的宽度依次记为W₁、W₂、W₃，满足0.25λ_g＜W₁，W₂，W₃＜0.5λ_g，其中λ和λ_g分别为微波波长和导波波长。