[发明专利]直接产生线极化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(专利号：ZL200710082042.4，高功率相对论返波管)，它包括环形阴极6、谐振反射器7、慢波结构8、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7、慢波结构8和输出波导4与环形阴极6相隔一定距离，依次置于其后，磁场线圈5则位于环形阴极6、谐振反射器7和慢波结构8的外围。谐振反射器7为内有圆柱腔的圆管件结构，对慢波结构8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8一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6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7，进入慢波结构8，在慢波结构8内激励起微波。从环形阴极6出来的电子束是非调制的，进入谐振反射器7后，产生预调制；随后进入慢波结构8，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6方向传输，在慢波结构8的起始端被谐振反射器7反射，重新经过慢波结构8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。模式转换器的引入增加了系统重量、长度和能量损失。因此，能直接产生TE₁₁模的RBWO具有很大的吸引力。

图2给出了一种产生线极化TE₁₁模的RBWO。它包括环形阴极6、布拉格反射器9、慢波结构8、输出波导4和磁场线圈5。布拉格反射器9同时具有左旋和右旋螺纹，可将慢波结构8产生的TM₀₁模转换成TE₁₁模从输出波导4输出。

工作时，环形阴极6发射环形相对论电子束，经过布拉格反射器9，与慢波结构8中TM₀₁模的-1次空间谐波相互作用。产生的TM₀₁模微波在向环形阴极6传输的过程中，被布拉格反射器9转换成线极化TE₁₁模从输出波导4输出。

该技术可以获得线极化的TE₁₁模。但是，所采用的布拉格反射器结构复杂，加工难度大；为保证充分的模式转换，布拉格反射器必须具有多个周期，其长度与慢波结构相当甚至更长，致使磁场线圈、返波管整体加长；另外，布拉格反射器影响电子束的调制，致使电子束与慢波结构中TM₀₁模式相互作用效率较低，只有16.5％。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、直接产生线极化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：

一种直接产生线极化TE₁₁模的相对论返波管，包括输出波导和磁场线圈，还包括弧形阴极、反射器、角向分区慢波结构；所述弧形阴极位于相对论返波管前端，所述反射器、角向分区慢波结构、输出波导依次位于弧形阴极后侧，所述磁场线圈安装在弧形阴极、反射器、角向分区慢波结构的外围；

所述弧形阴极是由两段相同的弧形结构阴极沿相对论返波管中心轴线对称分布组成，在高压脉冲作用下发射两段弧形电子束；

所述角向分区慢波结构由相对的两段弧形波纹波导和两段弧形光滑波导组成，弧形波纹波导包围弧形电子束。

进一步的，所述反射器为双预调制腔，双预调制腔是内有3个相连圆柱腔的圆管件结构，3个圆柱腔的半径依次记为：R₁、R₂、R₃，满足R₁、R₃＞R₂。