[发明专利]轻小型永磁封装Ku波段同轴渡越器件

说明书

本发明涉及轻小型永磁封装Ku波段同轴渡越器件。加载聚焦阴极E的阴极A在外加高电压条件下发生爆炸电子发射，在经过级联双谐振反射腔时获得初步的速度预调制，速度调制充分转化为密度调制，提取腔内的高频电场与传入其中的群聚电子发生充分相互作用，产生的Ku波段HPM经同轴输出波导向外耦合输出，最后内导体B的轴向凹槽将剩余能量的电子束吸收。产生的磁场强度为0.3T，且永磁体的重量为63.5kg，在该导引磁场下，实现了电子束有效发射与传输。引入级联双谐振反射腔，减小调制腔中的电磁场向二极管区域耦合，降低电子束的径向波动，从而降低所需引导磁场。且该器件的工作模式为TM02模，使得该新型器件在Ku波段还具有较高的功率容量。

技术领域

本发明涉及高功率微波技术领域的微波源器件，尤其是基于轻小型永磁封装Ku波段同轴渡越器件，属于高功率微波技术领域。

背景技术

高功率微波通常指峰值功率大于100MW、频率在1～300GHz之间的电磁波，目前已经被广泛应用于定向能武器、雷达卫星、电子高能射频加速器、遥感及辐射测量等众多国防和工业领域。

高功率微波源是产生高功率微波辐射的核心部件，是利用强流电子束与谐振腔的互作用来产生高功率微波的。渡越时间振荡器是利用强流电子束与谐振腔中的本征驻波场进行能量交换的，具有高功率、高效率以及工作模式单一等特点，受到研究人员的广泛关注。

Ku波段是指频率在12～18GHz这一频段中的电磁波。相对于低频段微波，Ku波段微波具有频谱范围宽、波束窄、直线传播、全天候工作、辐射天线增益高等优点，目前已经被广泛用于通讯、雷达、遥感等众多领域。因此发展Ku波段高功率微波技术是十分有前景的，但是目前研究的波段主要集中在L、S、C、X等较低频段，公开发表的关于Ku波段的报道较少。

在目前的同轴渡越器件中，主要是采用螺线管线圈作为导引磁场，而利用永磁体产生的磁场来作为导引磁场的研究还不多，并且导引磁场的强度相对来说也较大。文献【李川.Ku波段低磁场过模慢波高功率微波发生器研究[D].国防科学技术大学,2010】研究了Ku波段低磁场过模慢波高功率微波发生器，在二极管电压600kV、电流6.8kA、导引磁场1T下，获得了频率16.96GHz，功率1.2GW的微波输出，束波转换效率为29.3％.文献【令钧溥.Ku波段低磁场同轴渡越时间振荡器的研究[D].国防科学技术大学,2014.】研究了一种新型非均匀三腔渡越时间振荡器，在引导磁场0.7T，电压410kV，电流8kA的条件下，模拟得到了功率1GW，频率为14.2GHz的Ku波段高功率微波输出，转换效率约30％。文献【杨建华,张亚洲,舒挺,等.低磁场谐振腔切仑科夫振荡器-锥形放大器的初步实验研究[J].强激光与粒子束,2005,17(5):0-0.】在束流电压450kV，电流2.3kA，导引峰值磁场0.6T的情况下，得到230MW，频率为10.33GHz，效率达到23％的微波输出。文献【Yang J H,Zhang Y Z,Zhang J D,etal.THE PROPAGATION OF ANNULAR IREBS IN PERIOD PERMANENT MAGNETIC(PPM)FIELD[J].Apac01 Contributions to the Proceedings,2002,14(05):0-0.】在电流500kV，电压1kA条件下获得了功率约为250MW的微波输出。由此可见，在Ku波段进行永磁包装器件的研究还较少，并且在较低磁场下产生较高功率与较高效率的器件研究也较少，其主要原因是在较低磁场下，电子束的传输受到导引磁场的约束较弱，使得电子束传输出现不稳定性。

研究渡越时间振荡器具有代表性的是国防科学技术大学设计的器件【令钧溥.Ku波段低磁场同轴渡越时间振荡器的研究[D].国防科学技术大学,2014.】(以下称现有技术1)。器件主要由以下几部分构成，它们主要是环形阴极、前置反射腔、新型三腔调制腔、双间隙输出腔，新型电子收集极及同轴输出波导构成，整个结构关于中心轴线旋转对称。该结构在二极管电压410kV，电流8kA，导引磁场0.3T的条件下获得了功率820MW、效率25％的微波输出。