[发明专利]带双输出口的径向三腔渡越时间振荡器及微波产生方法

说明书

本发明涉及一种带双输出口的径向三腔渡越时间振荡器及微波产生方法，以解决现有的径向三腔渡越时间振荡器存在的各个金属圆筒壁厚相等，及单提取间隙和单输出口结构导致的微波发生器件输出功率和束波转换效率较低的技术问题。该振荡器包括设置在中心轴的聚焦阴极和由良导体材料围成的渡越腔，聚焦阴极用于沿径向向渡越腔发射相对论电子束；沿相对论电子束传输方向依次设置阳极箔、第一渡越腔、第二渡越腔、第三渡越腔；沿轴向上，第三渡越腔一侧依次设置第一提取间隙、第一输出波导、第一输出口，另一侧依次设置第二提取间隙、第二输出波导、第二输出口。还提供了一种基于带双输出口的径向三腔渡越时间振荡器的微波产生方法。

技术领域

本发明涉及高功率微波产生装置，具体涉及一种带双输出口的径向三腔渡越时间振荡器及微波产生方法。

背景技术

针对高功率微波产生装置轻小型化的迫切需求，目前国内外正在大力开展无磁场高功率微波产生器的研究。无磁场高功率微波产生器存在的最大问题是束波转换效率较低。典型器件如虚阴极振荡器、磁绝缘线振荡器等，其效率不超过20％。基于渡越辐射的径向器件，电子束沿径向向外发射，在传输通道上束流面积增大，束流密度减小，空间电荷效应减弱，有利于无磁场工作。该类型器件的一个缺点是微波起振时间较长。为了缩短起振时间，通常采用多腔结构。

在文章“边加载径向三腔渡越时间振荡器设计[J]，臧杰锋，刘庆想，林远超，丁艳峰，王彬蓉，强激光与粒子束，vol.21,no.11,pp.1705-1709,Nov.2009”中公开了一种径向三腔渡越时间振荡器，其结构如图1所示，包括阴极01、第一渡越腔a1 03、第二渡越腔a204、第三渡越腔a3 05、提取间隙07、输出波导08和输出口09。

工作中，阴极01沿径向向外发射一定能量和电流的相对论电子束，依次经过第一渡越腔a1 03、第二渡越腔a2 04和第三渡越腔a3 05，产生的微波经过提取间隙07和输出波导08，从输出口09输出。利用该技术模拟中，在400kV，60kA无外加引导磁场的条件下，获得了平均功率8GW，频率为3.9GHz的微波输出，束波转换效率33％。

该技术中，阴极采用了束发射模型，不能直接用于实验研究。设计中为了尽量不让电子打到渡越腔金属圆筒上，因而第一渡越腔a1 03和第二渡越腔a2 04的金属圆筒中间的电子束通道较宽；各渡越腔金属圆筒壁厚相等；采用了单提取间隙和单输出口结构。以上这些技术特点均限制了器件输出功率和束波转换效率的提高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的径向三腔渡越时间振荡器存在的各个金属圆筒壁厚相等，及单提取间隙和单输出口结构导致的微波发生器件输出功率和束波转换效率较低的技术问题，提出一种带双输出口的径向三腔渡越时间振荡器及微波产生方法。

本发明提供的技术方案为：

一种带双输出口的径向三腔渡越时间振荡器，其特殊之处在于：包括径向截面为圆形的壳体、设置在壳体内中心轴的聚焦阴极和设置在聚焦阴极径向外围的由良导体材料围成的渡越腔，所述聚焦阴极用于沿径向向渡越腔发射相对论电子束；

所述渡越腔内沿相对论电子束传输方向依次设置阳极箔、第一金属圆筒组件、第二金属圆筒组件及振荡器外壁；

所述第一金属圆筒组件包括同轴设置的第一金属圆筒和第二金属圆筒，第一金属圆筒的中间环面的半径与第二金属圆筒的中间环面的半径相同，所述第一金属圆筒与第二金属圆筒沿轴向之间设有间隙，形成具有用于通过相对论电子束的第一电子束通道；

所述第二金属圆筒组件包括同轴设置第三金属圆筒和第四金属圆筒，第三金属圆筒的中间环面的半径和第四金属圆筒的中间环面的半径相同，第三金属圆筒与第四金属圆沿轴向之间设有间隙，形成具有用于通过相对论电子束的第二电子束通道；