[发明专利]一种S波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件

说明书

本发明提供了一种S波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件，该方案包括有同轴波导外筒、同轴内导体、阴极；同轴波导外筒套在同轴内导体外部；阴极设置在同轴内导体的前端；同轴波导外筒内壁上设置有S波段谐振腔结构；阴极产生的环形电子束经过S波段谐振腔结构后能够激励产生高功率微波。该方案大幅度降低高功率微波源系统体积、重量，并可大幅度降低磁场对电源的能量需求。

技术领域

本发明涉及的是高功率微波器件技术领域，尤其是一种S波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件。

背景技术

随着高功率微波研究发展，对高功率微波源的系统总效率提出了越来越高的要求。

轴向O型高功率微波器件由于结构带来的电子束易引导及结构的多变组合，使得其成为一种应用比较广泛的高功率微波器件。目前轴向O型高功率微波器件辐射产生一般需要较长的慢波结构，来达到电子束与微波相速的同步。在现有高功率微波源中，高阻抗器件的束波转换效率较高，但一般需要较强的引导磁场，特别是当微波源运行在重复频率状态时，需要一个体积庞大的、高耗能的螺线管磁体系统。如果器件轴向尺寸尽量缩短，则可以数倍降低磁体系统体积、重量，并可大幅度降低磁场对电源的能量需求。因此，如何设计出紧凑型高功率微波源，一直是人们追求的目标之一。

本发明采用一种轴向紧凑型的慢波结构产生S波段高功率微波，慢波结构仅由四个谐振腔组成，分别为微波反射腔，束波互作用腔及微波双提取腔，器件互作用区轴向长度仅为15.0cm，为辐射微波波长的1.22倍。通过调整各谐振腔结构尺寸及轴向距离，使得器件在0.5T的低引导磁场下，电压为450kV，电流为6.0kA的环形电子束在器件辐射产生频率为2.45GHz的高功率微波。

发明内容

本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种S波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件，该方案采用在同轴波导外筒上设置谐振腔结构，能够使环形电子束在穿过谐振腔使激励产生高功率微波，并且谐振腔结构的特殊设计能够使得整个互作用区轴向长度仅为15.0cm，为辐射微波波长的1.22倍，且引导磁场仅为0.5T。该发明大幅度降低高功率微波源系统体积、重量，并可大幅度降低磁场对电源的能量需求。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

一种S波段低引导磁场紧凑型高功率微波器件，包括有同轴波导外筒、同轴内导体、阴极；同轴波导外筒套在同轴内导体外部；阴极设置在同轴内导体的前端；同轴波导外筒内壁上设置有S波段谐振腔结构；阴极产生的环形电子束经过S波段谐振腔结构后能够激励产生高功率微波。

作为本方案的优选：S波段谐振腔结构包括有沿环形电子束传输方向依次设置的第一微波反射腔、第二微波反射腔、束波互作用腔和微波提取腔。

作为本方案的优选：第一微波反射腔内外半径分别为3.8cm、7.5cm，轴向长度为2.0cm；第二微波反射腔内外半径分别为3.8cm、7.5cm，轴向长度为2.0cm；束波互作用腔内外半径分别为3.8cm、7.0cm，轴向长度为2.5cm；微波提取腔内外半径分别为3.8cm、7.5cm，轴向长度为2.0cm。

作为本方案的优选：第一微波反射腔与第二微波反射腔束波互作用腔轴向距离为1.0cm；第二微波反射腔与束波互作用腔轴向距离为1.5cm；束波互作用腔与微波提取腔轴向距离为4.0cm。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中采用四腔同轴内导体慢波结构，设计S波段高功率微波慢波结构由双微波反射腔，束波互作用腔及微波提取腔组成，通过优化设计各腔体结构及间距，使得器件整个互作用区轴向长度仅为15.0cm，为辐射微波波长的1.22倍，且引导磁场仅为0.5T。该发明大幅度降低高功率微波源系统体积、重量，并可大幅度降低磁场对电源的能量需求。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明