[发明专利]一种间隙宽度渐变的分布式输出谐振腔

权利要求书

1.一种间隙宽度渐变的分布式输出谐振腔，其特征在于，包括上耦合腔、下耦合腔、电子注通道以及多个不同宽度的间隙，其中，多个不同宽度的间隙沿着电子注通道的方向分布，间隙宽度为间隙沿电子注通道的方向的尺寸，间隙采用长槽间隙和短槽间隙交替分布排列的方式；

同步周期根据电子注速度与工作模式相速度的同步关系确定；

间隙数量的选择兼顾有效特性阻抗和模式间隔，在满足模式间隔大于设计带宽2倍的前提下，间隙数量取最大值；所述模式间隔定义为工作模式与相邻模式的最小频率差别，用Δf表示，通过仿真可以得到不同模式的频率，计算仿真得到的工作模式的频率与相邻模式频率的差值，即为模式间隔；

渐变式间隙宽度通过仿真优化确定，通过分析不同渐变间隙宽度方案的电场分布、模式间隔和有效特性阻抗，确定最佳的渐变间隙宽度；仿真优化确定渐变式间隙宽度的具体方法为：首先确定间隙宽度初始值，在间隙宽度初始值的基础上，对间隙宽度进行扫描，以获得较大有效特性阻抗和较大模式间隔，从而得到优化后的渐变式间隙宽度；间隙宽度初始值由式(4)确定：

式中，d表示间隙宽度，θ_d表示间隙渡越角，v_e表示电子注速度，ω表示谐振角频率。

2.根据权利要求1所述的间隙宽度渐变的分布式输出谐振腔，其特征在于，所述同步周期表示各个相邻间隙之间的中心距离，由式(1)确定：

式中，p表示同步周期，v_p表示工作模式相速度，f₀为工作频率，m表示相移参数，其值与所选取的工作模式有关。

3.根据权利要求2所述的间隙宽度渐变的分布式输出谐振腔，其特征在于，为进行有效的注波互作用，工作模式相速度与电子注速度近似相等，亦即v_p≈v_e，电子注速度由式(2)确定：

式中，v_e表示电子注速度，c为光速，U₀为工作电压，单位：kV。

4.根据权利要求1所述的间隙宽度渐变的分布式输出谐振腔，其特征在于，所述有效特性阻抗反映了注波互作用能力的强弱，间隙数量越多，有效特性阻抗越大，注波互作用能力越强；定义如式(3)：

式中，(R/Q)·M ²表示有效特性阻抗，E_z表示间隙电场，ω表示谐振角频率，W_s表示谐振腔的总储能，β_e表示空间相位波数，j表示虚数单位，z表示横向长度。

5.根据权利要求1所述的间隙宽度渐变的分布式输出谐振腔，其特征在于，电子注速度v_e由式(2)确定：

式中，v_e表示电子注速度，c为光速，U₀为工作电压，单位：kV。