[发明专利]一种多频可控高功率微波器件装置

说明书

技术领域

本发明专利涉及高功率微波器件技术领域，具体涉及一种多频可控高功率微波器件装置。

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100MHz～300GHz范围内的电磁波。目前高功率微波的产生一般要依靠高能量的相对论电子束，利用慢波结构中的返波与电子注相互作用而产生微波振荡，电子注在这类器件中被加速到接近光速的速度，具有很高的能量，管内的微波通过注波互作用获得电子注的能量，从而产生微波放大。相对论返波振荡器本质上是一种表面波器件，它利用慢波结构壁表面附近集中的高频场与电子束发生共振相互作用而实现将电子束的动能向高频场的能量转移，从而产生微波振荡。这种管子的特点是：结构简单，容易起振，频带宽，输出功率高。相对论返波振荡器自上世纪70年代问世以来，在脉冲功率技术和真空电子学技术长足进步基础上取得了飞速发展，但是这些研究都主要集中在如何提高相对论管的峰值功率和效率方面。一般情况下相对论返波振荡器工作电压强、起振电流大、微波模式单一且输出微波功率高等一些特点，使得在微波管设计时器件一般输出为窄带单频模式，限制了相对论返波管的应用范围。

在采用盘荷波导作为慢波结构的微波器件技术中，为了实现器件输出频率可调，一般采用调节输入微波器件电压和电流来实现微波器件输出微波频率的变化。这种频率可调技术要求脉冲功率源具有很大的电压调节范围，但在器件输出高功率微波状态下，器件内电子束速度接近于光速，因此对电压的变化很不敏感，并且一般脉冲源也只能提供有限的电压调节能力。采用盘荷波导作为慢波结构的相对论高功率微波器件中，辐射微波频率与盘荷波导周期长度之间的乘积基本为一常数，因此可以采用调节盘荷波导周期的方式实现辐射微波频率的调节。这种调节方式对微波频率的改变最为直接、明显，且可以实现高功率微波器件较大频率范围的调谐。

发明内容

本发明的目的是在现有技术基础上，利用中心孔盘荷波导周期均匀可调装置发明技术，可以实现高功率微波器件频率在线、远程可调，单一器件可依次实现不同频率的高功率微波输出。

一种多频可控高功率微波器件装置，包括由高功率微波器件、器件慢波结构周期调节机构、绝缘子、微波辐射天线及引导磁体经真空密封连接构成的真空腔；

所述微波辐射天线为圆锥喇叭天线，引导磁体在装置内产生1T的均匀轴向引导磁场；

所述高功率微波器件包括阴极、漂移腔、束波互作用腔及微波输出腔，

所述束波互作用腔由多个带有中心孔的盘荷波导盘片组成均匀周期性慢波结构，带有中心孔的盘荷波导盘片通过螺纹孔与器件慢波结构周期调节机构串接在一起组成盘荷波导周期均匀可调装置，

器件慢波结构周期长度的变化距离与器件慢波结构周期调节机构的旋转角度呈线性关系，

器件慢波结构的微波频率通过调节慢波结构周期来实现。

在上述技术方案中，所述盘荷波导周期均匀可调装置包括：

外圆波导和设置在外圆波导内的螺杆和若干个慢波结构盘片，所述若干个慢波结构盘片与外圆波导同轴，螺杆设置在慢波结构盘片与外圆波导之间，且螺杆与外圆波导的轴线平行，

每一个慢波结构盘片的固定连接部上设置有螺纹孔，所述螺杆外表面设置有螺纹，螺杆穿过慢波结构盘片上固定连接部位的螺纹孔，螺纹孔的内螺纹与螺杆的外螺纹啮合；

所述若干个慢波结构盘片依次成等差间距与螺杆连接。

在上述技术方案中，所述螺杆的一端通过轴承连接到外圆波导上，使得螺杆只能转动不能沿外圆波导轴线运动。

在上述技术方案中，所述慢波结构盘片的数量可调，两个慢波结构盘片之间的距离可调，两个慢波结构盘片与螺杆连接后的间距可调。

在上述技术方案中，从第一个慢波结构盘片依次到最后一个慢波结构盘片，每一个螺纹孔对应的螺杆上的螺纹距不同。

在上述技术方案中，从第一个慢波结构盘片的螺纹孔到最后一个慢波结构盘片的螺纹孔对应螺杆上的螺纹均逐步变大。

在上述技术方案中，每个螺纹孔对应的螺纹距成等差数列，差值为第一个螺纹孔对应的螺纹距。

在上述技术方案中，在相对论电子束驱动下，根据电子束群速度与返波-1次谐波相等的关系，器件慢波结构周期与辐射微波频率的乘积为常量。