[发明专利]梯形结构的Ka波段同轴渡越时间振荡器

说明书

本发明公开了一种梯形结构的Ka波段同轴渡越时间振荡器。本发明由外导体、内导体、阴极组成，阴极右端悬空，内导体同轴嵌套于外导体内；内导体是外侧面刻有凹槽的圆柱体，分别刻有1个内矩形凹槽、7个内梯形凹槽，最右侧是一段矩形突起。外导体为内侧壁刻有凹槽和斜面的圆筒，外导体内壁凹槽分别与内导体外壁凹槽对应，外导体内壁斜面与内导体梯形凹槽对应；外导体矩形凹槽和内导体矩形凹槽组成反射器，外导体的第一～第四外梯形凹槽和内导体的第一～第四内梯形凹槽组成群聚腔；外导体的第五、第六外梯形凹槽和斜面与内导体的第五、第六、第七内梯形凹槽组成提取腔；本发明可解决振荡器强场击穿的问题，实现高功率、高效率、长脉冲的微波输出。

技术领域

本发明涉及高功率微波技术领域的微波源器件，尤其涉及一种梯形结构的Ka波段同轴渡越时间振荡器，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相互作用来产生高功率微波。同轴渡越时间振荡器利用强流电子束与谐振腔中的本征驻波场进行能量交换，具有高功率、高效率、低导引磁场以及工作模式单一等特点，受到研究人员的广泛关注。

Ka波段微波是指频率处于26～40GHz的微波，具有波束窄、频谱范围宽、能量密度高、直线传播、抗干扰能力强等优点。其在卫星通信、雷达制导、科学研究等方面有着广泛的应用，具有良好的发展前景。同轴渡越时间振荡器虽然具有诸多优点，但是在Ka波段这样的高频段国内外的研究较少。研究Ka波段同轴渡越时间振荡器具有代表性的是国防科技大学设计的采用矩形谐振腔的器件(简称背景技术1)【宋莉莉.Ka波段高功率同轴渡越时间振荡器的研究[D]；国防科技大学,2018.】。该器件群聚腔和提取腔均是矩形结构。在二极管电压450kV、电流9.1kA、导引磁场0.6T的条件下，实验得到了约650MW的输出微波功率，微波频率26.5GHz，输出脉宽为10ns，器件效率(输出功率/输入功率)达到16％。该器件输出功率、效率较高，但是脉冲宽度较窄。主要原因为工作时矩形腔体内部电场强度较大，易发生强场击穿。

根据文献【曹亦兵,孙钧,宋志敏,et al.C波段长脉冲相对论返波管设计与实验[J].强激光与粒子束,2018,30(05):53-6.】中的研究结果，采用梯形结构可以增大腔体两侧的导体尖端距离，有利于避免导体尖端局部场增强，降低强场击穿的风险，并且在相同电子束参数和束-结构间距的条件下，电子束感应的静电场随着梯形结构斜面倾角的减小而增大。所以采用梯形结构的同轴渡越时间振荡器可以降低腔内电场强度，有助于实现长脉冲输出。文献虽然提到了梯形结构可以降低腔体内部电场强度，但是没有给出具体梯形结构如何设计的具体方案，目前还没有采用梯形腔体结构的Ka波段同轴渡越时间振荡器的公开报告。

由上可知同轴渡越时间振荡器具有低导引磁场、输出功率高、输出效率高等优点，但在Ka波段的研究较少，尤其是同时实现高效率、高功率和长脉冲输出的Ka波段同轴渡越时间振荡器的技术方案尚未有公开报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种梯形结构的Ka波段同轴渡越时间振荡器，降低同轴渡越时间振荡器工作时腔体内部电场强度，从而解决Ka波段同轴渡越时间振荡器工作时发生的强场击穿的问题，实现高功率、高效率、长脉冲的微波输出。

本发明的技术方案是：