[发明专利]一种多天线耦合输出结构的相对论磁控管

说明书

本发明公开了一种多天线耦合输出结构的相对论磁控管，包括阴极、阳极外筒和设置在阳极外筒内的阳极块，所述阴极设置在阳极外筒内且两者同轴心设置，所述阳极块设置在阴极与阳极外筒之间且阳极块与阳极外筒的内壁连接；所述阳极外筒内设置有耦合天线，所述耦合天线的一端与阳极块连接，耦合天线的另一端悬空，耦合天线与阳极外筒轴向平行；本发明由于采用了耦合天线内部放置的方法，整个输出结构是沿阴阳极的轴向延伸，系统的横向尺寸仅由微波管自身的阴阳极决定，因此结构较为紧凑。且由于输出结构不会额外增加微波管的横向尺寸，有利于外部磁场产生系统的小型化设计；另外此种相对论磁控管，其输出模式可以根据需要进行改变。

技术领域

本发明属于高功率微波技术领域，具体涉及一种多天线耦合输出结构的相对论磁控管，本发明可以应用于高功率微波技术领域的微波产生系统。

背景技术

随着高功率微波技术的发展，高功率微波技术研究越来越考虑实际的应用需求，这对于高功率微波装置的小型化，轻量化设计提出了较高的要求。

相对论磁控管（Relativistic Magnetron，简称RM）是重要的高功率微波管之一，它是普通磁控管在高电压、大电流方向的直接外推。目前相对论磁控管的研究重点是尽量提高效率，并缩小系统的体积和重量以适应多种小型化应用需求。围绕这一需求，各国学者进行了大量研究。在其输出结构的研究报导中，传统径向输出结构由于采用缝隙耦合输出，容易导致微波击穿，不利于系统功率容量的提高；其次，采用传统径向输出结构要想在互作用空间产生均匀磁场则要用一对 Helmholtz 线圈，这时磁路系统的尺寸很庞大，不利于系统的小型化。随着相对论磁控管输出结构研究的深入，近年来研究学者提出了衍射输出和全腔提取输出两种输出结构。

衍射输出结构是指将磁控管的谐振腔（部分或者全部谐振腔）在轴向光滑渐变到一个喇叭天线，然后通过圆波导由喇叭天线输出能量。由于其避免了缝隙耦合输出能量，磁控管功率容量相比于传统径向输出方式有明显提高。美国新墨西哥大学的Mikhail. I.Fuks小组运用粒子模拟软件开展了带透明阴极的衍射输出相对论磁控管设计，设计结果在2.45GHz频率上，输出功率达到1.4GW，效率达到70%。稍显不足的是，在尺寸方面，衍射输出磁控管渐变输出口尺寸较大，增大了磁体小型化设计的难度。

Greenwood 和Hoff等人提出了全腔提取轴向输出结构，该结构将磁控管相邻谐振腔耦合孔以沿中心线对称的形式与一个扇形输出波导相连，当磁控管工作在π模时，扇形输出波导中将激励起TE₁₁模。与传统径向输出磁控管相比，这种结构具有对称输出的特点，对磁控管工作状态影响较小。由于输出微波以基模传输，其径向尺寸相比于衍射输出结构可以有一定减小。但由于多根耦合输出波导与磁控管谐振腔体同轴设置，所以系统横向尺寸仍然较大。

发明内容

本发明提供一种新型输出结构的相对论磁控管，该输出结构与已有的输出结构相比，具有结构简单紧凑、易于实现，不会额外增加系统横向尺寸的优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多天线耦合输出结构的相对论磁控管，包括阴极、阳极外筒和设置在阳极外筒内的阳极块，所述阴极设置在阳极外筒内且两者同轴心设置，所述阳极块设置在阴极与阳极外筒之间且阳极块与阳极外筒的内壁连接；所述阳极外筒内设置有若干根耦合天线，所述耦合天线的一端与阳极块连接，耦合天线的另一端悬空，耦合天线与阳极外筒轴向平行。

在上述技术方案中，所述阳极外筒内设置有若干个阳极块，每两个阳极块之间设置有间隙构成谐振腔。

在上述技术方案中，所述若干个阳极块沿角向均匀环绕轴心。

在上述技术方案中，所述若干根耦合天线沿角向均匀环绕轴心。

在上述技术方案中，所述与阳极块连接的耦合天线的数目可调，与相连的阳极块的相对位置可调。