[发明专利]一种介质填充短脉冲高功率微波器件

说明书

本发明公开了一种介质填充短脉冲高功率微波器件，包括两端封闭的外套筒，其内部设置发射区和束波互作用区；所述发射区设置环形的阴极，阴极位于外套筒的一端，与外套筒同轴；所述束波互作用区设置介质薄管，与外套筒同轴，介质薄管的外径与外套筒内径相同；在300kV电压下阴极发射脉冲宽度为1ns，电流强度为4kA的环形电子束，环形电子束在0.5T同轴磁场引导下进入束波互作用区，辐射产生脉宽为500ps，峰值功率为500MW，频率为30GHz的高功率微波。采用本发明的一种介质填充短脉冲高功率微波器件，具有高峰值功率，短脉冲的特点。

技术领域

本发明涉及一种介质填充短脉冲高功率微波器件，属于高功率微波器件技术领域。

背景技术

高功率微波一般是指峰值功率在100MW以上、工作频率为1～300GHz范围内的电磁波。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。

通常用Pf²因子衡量高功率微波器件的性能，即微波峰值功率与辐射电磁波频率平方的乘积。该因子的物理意义是从固定尺寸天线发射的微波信号在目标上的功率密度正比于Pf²。毫米波通常是指波长在1mm～10mm范围内的电磁波，其相应的频率范围为30GHz～300GHz。毫米波的波长介于光波和常规微波之间，具有光波的高探测精度和常规微波的全天候工作性能，因此兼有两者的优点而克服了各自的不足。

在介质中或沿介质表面运动的带电粒子，当速度超过该介质中的光速时，将产生自发受激辐射。在部分填充介质波导中传输电子束时，这种自发受激辐射可以分解为波导中的各种模式，当电子的速度接近且大于某个模式的相速时，这个模式与电子的相互作用被放大，从而产生相干受激辐射。

通过缩短驱动电子束脉冲的空间宽度，使得电子束脉冲的空间长度几和系统互作用区长度值可比的话，那么将有可能出现一种密集型的相干辐射，该辐射取决于辐射波相对于电子束的滑移量，这种辐射是一种非稳态的，和时间增长量密切相关的，束波间的强相互作用，致使电子束与辐射波形成一种密切的相关性，迅速辐射出一种密集型、具有高峰值功率、超短脉冲时间宽度的相干辐射。

当电子束脉冲的时间宽度小于束波协作时间时，电子束陷入产生一个单一的电磁辐射脉冲。电子束脉冲通过介质结构时，由于辐射波脉冲与电子束脉冲的相对滑移，辐射波将与电子脉冲完全脱离。与此同时，长度近似等于辐射波波长的电子束团在通过介质结构时，由于电子束不同部分相互作用引起的自群聚，使得电子几乎全部集中在辐射波波长减速区里而被紧密关联起来，它将诱发一种密集型的单一相干辐射波脉冲。此时，多个电子与共同的辐射场相互作用，构成一个不可分割的合作整体。彼此合作的N个电子的辐射相位相同时，产生辐射相干叠加。

短脉冲电子束在器件内传输产生短脉冲高功率微波的条件为：电子束脉冲空间宽度要小于束波互作用中辐射波相对电子束的总滑移长度；在定态极限情况下，辐射波脉冲的稳态增益。这就要求在稳态束波互作用情况下，电子束能与辐射波在互作用区必须实现有效的换能，电子束把能量交给辐射波，产生一个稳态增益比较大的受激辐射波。在器件设计中就要求电子束的径向位置不能距离慢波结构壁太远，否则束波藕合阻抗太小，太弱的束波互作用将不能实现有效的束波换能。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种介质填充短脉冲高功率微波器件，产生微波具有高峰值功率，短脉冲的特点。

本发明采用的技术方案如下：

一种介质填充短脉冲高功率微波器件，包括两端封闭的外套筒，其内部设置发射区和束波互作用区；

所述发射区设置环形的阴极，阴极位于外套筒的一端，与外套筒同轴；

所述束波互作用区设置中空的介质薄管，与外套筒同轴，介质薄管的外径与外套筒内径相同；