[发明专利]一种四段式介质加载回旋行波管高频互作用结构

说明书

本发明公开了一种四段式介质加载回旋行波管高频互作用结构，涉及微波、毫米波电真空器件技术领域。该结构包括依次连接的输入光滑波导段、介质加载互作用段、角向功分型漂移段、输出光滑波导段。电子注在角向功分型漂移段中只作漂移运动，群聚状态会得到进一步加强，最后群聚好的回旋电子注运动到输出光滑波导段，在输出光滑波导段中发生强烈的电子注‑波互作用，辐射出高功率电磁波。本发明有效地降低了介质加载段的电磁耗散功率，提高回旋行波管的功率容量，同时有效增加了散热面积，解决了因吸收过量的高功率电磁波能量而过热出气的问题，提高了回旋行波管的功率容量。

技术领域

本发明涉及微波、毫米波电真空器件技术领域，具体地说是一种新型介质加载回旋行波管高频互作用结构。

背景技术

介质加载回旋行波管是一种非常重要的高功率微波、毫米波电真空器件，以其宽带、高功率的特点，在通信、雷达、电子战、陶瓷加工、受控热核聚变等军事以及民用领域有着广泛的应用前景，因而在国际上以及国内受到高度重视。

介质加载回旋行波管的高频互作用系统是回旋行波管的核心，其性能影响着回旋行波管的工作带宽、效率、增益以及功率容量等性能指标。由于传统的介质加载回旋行波管的高频互作用系统为三段式结构，包括输入光滑波导段、介质加载互作用段、输出光滑波导段三个部分。在传统回旋行波管中，由于其输出系统的反射，在高平均功率条件下，会引起过量的高功率电磁波直接反射到介质加载互作用段，造成介质加载互作用段的末端损耗介质因吸收过量的高功率电磁波能量而过热出气，进而影响回旋行波管的稳定工作。此外，在高频互作用系统的介质加载互作用段中，沿纵向电磁能量分布随着电子注-波互作用的加深而非线性快速增长，特别是在介质加载互作用段的输出末端，其电磁能量密度最高，而高密度电磁能量分布必然引起高密度电磁能量介质吸收。在高平均功率条件下，会引起介质加载互作用段的输出末端介质因吸收过量的高功率电磁波能量而过热出气，这也会影响回旋行波管的稳定工作。因此，如何实现高平均功率输出是传统介质加载回旋行波管的一个技术瓶颈问题。

发明内容

为了解决传统介质加载回旋行波管高平均功率输出的技术瓶颈。本发明提出一种四段式介质加载回旋行波管高频互作用结构。与传统介质加载回旋行波管三段式高频互作用结构相比，本发明四段式介质加载回旋行波管高频互作用结构在介质加载互作用段和输出光滑波导段之间引入了一个漂移段，在漂移段中，回旋电子注与工作模式之间几乎不发生注-波互作用，可以近似的认为它只作惯性漂移运动，在此过程中进一步加深群聚，并为最终在输出光滑段中发生强烈注-波互作用，辐射出高功率电磁波作准备。

本发明采用的技术方案如下：

一种四段式介质加载回旋行波管高频互作用结构，包括依次连接的输入光滑波导段、介质加载互作用段、漂移段、输出光滑波导段。

所述输入光滑波导段、输出光滑波导段均为光滑金属圆波导。

所述介质加载互作用段为衰减陶瓷材料制成的全加载陶瓷筒状结构；或者由周期性交错设置的金属圆波导A、介质加载陶瓷环构成，且介质加载互作用段的两端均为介质加载陶瓷环。

其特征在于：所述漂移段为角向功分型漂移段，该漂移段包括：金属圆波导B及其外壁角向均匀分布的若干个斜入式矩形功分波导；所述斜入式矩形功分波导与输出光滑圆波导间夹角为θ(θ90°)；所述斜入式矩形功分波导内加载有吸波结构。

进一步地，所述吸波结构为由吸波材料制成的尖劈型结构，尖劈型结构的宽边与斜入式矩形功分波导的宽边相等。

在四段式介质加载回旋行波管高频互作用结构中，首先电子枪发射的回旋电子注在输入光滑波导段受到输入工作模式的调制。离开输入光滑波导段后，回旋电子进入介质加载互作用段，在介质加载互作用段中，回旋电子与工作模式发生注-波互作用，并沿轴向逐渐加深对回旋电子的调制，完成回旋电子的预群聚。在离开介质加载互作用段后，回旋电子进入漂移段作漂移运动，进一步加深群聚，最后在输出光滑波导段进行强烈的注-波互作用并辐射出高功率电磁波。