[发明专利]轴向输出圆极化TE11同轴波导模式的紧凑型磁控管

说明书

技术领域

本发明属于微波技术中的微波源技术领域，具体涉及一种既可以直接输出较为纯净的圆极化TE11同轴波导模式，且可以较为容易地实现和控制该波导模式旋转方向的反转，还可以直接输出较为纯净的TEM同轴波导模式的紧凑型磁控管。

背景技术

无论是线极化还是圆极化，在远场具有准高斯分布的微波在民用和军用领域都有着极其广泛的应用。为了高效地获得这种微波，发射天线通常需要直接馈入TE11模式或者TEM模式。尤其是圆极化TE11模式，它对于发射天线辐射圆极化的准高斯分布的微波具有极其重要的作用。至今为止，在不利用模式转换器的情况下，虽然各种结构和原理的微波源能在输出波导中产生各种不同的波导模式，但是在已有的文献报道中很难见到一种能直接输出圆极化TE11模式的微波源。

磁控管是一种能产生不同波导模式的微波源，例如圆波导中的TE01，TE11，TE21，TE31，或TE41模式，矩形波导中的TE10模式，同轴波导中的TEM模式，等等。在2012年，Brad W.Hoff等人基于全腔轴向提取技术模拟研究了一种能输出TEM模式的磁控管。该磁控管采用6个谐振腔并工作在π模上，在1.025GHz的工作频率上获得了功率转换效率高于55％的～100兆瓦级的高功率微波输出【B.W.Hoff,A.D.Greenwood,P.J.Mardahl,and M.D.Haworth.All Cavity-Magnetron Axial Extraction Technique[J].IEEE Trans.Plasma Sci.,vol.40,no.11,p.3046,Nov.2012.】。这种能直接产生TEM模式微波的能力，加上磁控管既有的高功率，高效率，高重复频率运行以及宽范围频率调谐的特点，使得磁控管与其他微波源相比更具有吸引力和竞争力。为了进一步探索和挖掘具有全腔轴向提取技术的磁控管的性能潜力，满足微波更高的应用需求，本发明提出了一种能直接轴向输出圆极化TE11同轴波导模式的紧凑型磁控管。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对目前微波应用对圆极化TE11模式馈源的迫切需求的问题，和现有微波源难以直接输出圆极化TE11模式的问题，提出了一种轴向输出圆极化TE11同轴波导模式的紧凑型磁控管。该磁控管基于全腔轴向提取技术，通过对谐振腔结构的互作用区和非互作用区的设计，提取腔结构的设计，同轴输出结构的设计以及外加磁场系统的设计，既可以直接输出较为纯净的圆极化TE11同轴波导模式，且可以较为容易地实现和控制该波导模式旋转方向的反转，还可以直接输出较为纯净的TEM同轴波导模式。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

轴向输出圆极化TE11同轴波导模式的紧凑型磁控管，由同轴输入结构、谐振腔结构、提取腔结构、同轴输出结构和外加磁场系统组成。为了描述方便，定义Z轴方向为轴向，R轴方向为径向。同轴输入结构轴向右接谐振腔结构，谐振腔结构轴向右接提取腔结构，提取腔结构轴向右接同轴输出结构，外加磁场系统安装在同轴输入结构和谐振腔结构的外围圆柱空间区域，且它们的轴向中心线均重合。

所述同轴输入结构由同轴输入外筒，同轴输入外导体和阴极连接杆组成。同轴输入外筒，同轴输入外导体和阴极连接杆三者的左端面平齐。同轴输入外筒和阴极连接杆之间的腔构成同轴输入腔。

所述谐振腔结构由互作用区的谐振腔结构和非互作用区的谐振腔结构组成。所述互作用区的谐振腔结构由互作用区谐振腔外筒，互作用区阳极和互作用区阴极组成。所述互作用区谐振腔外筒轴向连接在同轴输入外筒的右端。所述互作用区阳极由2N(其中N＝3，4，5，6，7，8，9，10均可)个沿互作用区谐振腔外筒内壁圆周角向周期分布的金属块构成。互作用区阳极与互作用区谐振腔外筒的左右端面平齐。互作用区阳极金属块之间的腔构成互作用区谐振腔。所述互作用区阴极轴向连接在所述阴极连接杆的右端，位于整个磁控管的轴向中心线上。所述非互作用区的谐振腔结构由非互作用区谐振腔外筒，非互作用区阳极和非互作用区阴极组成。所述非互作用区谐振腔外筒轴向连接在互作用区谐振腔外筒的右端。所述非互作用区阳极由2N个沿非互作用区谐振腔外筒内壁圆周角向周期分布的金属块构成。非互作用区阳极与非互作用区谐振腔外筒的左右端面平齐。非互作用区阳极金属块之间的腔构成非互作用区谐振腔。所述非互作用区阴极轴向连接在所述互作用区阴极的右端，位于整个磁控管的轴向中心线上。