[发明专利]一种基于梯度磁场的强流二极管及梯度磁场装置

说明书

本申请公开了一种梯度磁场装置，包括导引强流相对论电子束传输的导引磁场；导引磁场包括螺线管线圈；螺线管线圈绕在强流二极管周围，以用于形成使强流相对论电子束产生径向偏转的梯度磁场，包括第一子线圈、第二子线圈和第三子线圈；第一子线圈绕在强流二极管阳极的外侧，第二子线圈绕在强流二极管的外导体的外侧，第三子线圈绕在第二子线圈的外侧；导引磁场还包括调节磁场；调节磁场固定设在第一子线圈和第二子线圈之间且绕在强流二极管周围，用于调节强流相对论电子束半径变化的速度。本申请还公开了一种基于梯度磁场的强流二极管，包括梯度磁场装置。采用本申请能够解决高阻抗二极管尺寸难以缩小的问题。

技术领域

本申请涉及高功率微波技术领域，特别是涉及一种基于梯度磁场的强流二极管及梯度磁场装置。

背景技术

高功率微波(High Power Microwave,简称HPM)通常是指峰值功率大于100MW、频率在1～300GHz之间的电磁波。高功率微波源是高功率微波系统的核心部件，它通过二极管阴极爆炸发射产生的强流相对论电子束(Intense Relativistic Electron Beams,简称IREB)与高频电磁结构进行束-波相互作用，将IREB的动能转化为微波能量。因此，产生IREB的二极管是HPM系统中至关重要的部件之一。

追求更高功率、更高频率、更高效率的微波输出始终是HPM技术领域的重要发展目标。随着器件工作频率的提高，传统单模HPM源的半径逐渐减小，器件功率容量大幅下降，最终导致高频段的单模HPM源难以实现高功率的微波输出。为了增加高频段HPM源的功率容量，提高微波输出功率，往往采用大半径的过模结构或同轴结构。大半径的过模结构通过采用较大的漂移管中心半径和IREB中心半径来增大HPM源的功率容量；同轴结构通过引入同轴内导体，降低IREB的势能，提高空间电荷极限电流。然而，随着漂移管中心半径和IREB中心半径的增加，传统强流二极管的阴极发射IREB的能力迅速上升，二极管阻抗减小。HPM源的工作阻抗下降，使得空间电荷效应增强，导致HPM源的束-波转换效率较低，所需要的外部导引磁场较强。

现有技术中，同轴过模HPM源普遍采用增加二极管阴极与阳极间距的方式(增大二极管阳极半径)来增大二极管阻抗，以减弱空间电荷效应，并提高束-波转换效率。由于同轴过模HPM源的尺寸由二极管尺寸决定，二极管阴极与阳极间距的增加会进一步增大同轴过模HPM源的尺寸，使外部导引磁场体积和能耗增加，这与HPM源小型化的需求是矛盾的；同时，二极管阴极与阳极间距的增加会导致阴极处发射电场减弱，不利于IREB的均匀发射。

综上所述，为了满足HPM源高频率、高功率、高效率、小型化的应用需求，高频段HPM源可采用大半径的过模结构和同轴结构以保证较高的输出功率，而高阻抗与小型化之间是矛盾的。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于梯度磁场的强流二极管及梯度磁场装置，能够解决高阻抗二极管尺寸难以缩小的问题。

一种梯度磁场装置，包括：导引强流相对论电子束传输的导引磁场；

所述导引磁场包括：螺线管线圈；

所述螺线管线圈绕在强流二极管周围，以用于形成使强流相对论电子束产生径向偏转的梯度磁场。

在其中一个实施例中，所述螺线管线圈包括多个子线圈，且均为环状结构。

在其中一个实施例中，所述螺线管线圈包括第一子线圈、第二子线圈和第三子线圈；

所述第一子线圈绕在二极管阳极的外侧，所述第二子线圈绕在强流二极管的外导体的外侧，所述第三子线圈绕在所述第二子线圈的外侧。

在其中一个实施例中，所述导引磁场还包括：调节结构；

所述调节结构固定设在所述第一子线圈和所述第二子线圈之间并绕在强流二极管周围，且所述调节结构固定设置为环状，以用于形成调节强流相对论电子束半径变化速度的调节磁场。