[实用新型]一种高功率容量的内侧微波提取型高阶模同轴输出腔

说明书

本实用新型属于高功率微波技术领域，公开了一种高功率容量的内侧微波提取型高阶模同轴输出腔，包括外导体401、内导体402、漂移管403、反射器404、提取腔一间隙405、提取腔二间隙406、收集极外筒407、电子束收集极408、输出波导内导体409、输出波导410和输出口调节块411，整体结构关于中心轴线旋转对称。本实用新型将电子束收集极排布于易于引入外部冷却液的外侧，采用物理降温的方法缓解了现有的同轴输出腔收集极高温烧蚀问题；同时，本实用新型利用高阶模提取腔拓宽输出口狭缝径向宽度，有效解决了现有的同轴提取结构输出口狭缝极易击穿问题。本实用新型对长脉冲、高重频同轴HPM源所需的同轴输出腔的结构设计具有重要的借鉴意义。

技术领域

本实用新型涉及高功率微波技术领域的微波同轴输出腔，尤其是一种高功率容量的内侧微波提取型高阶模同轴输出腔。

背景技术

高功率微波(High Power Microwave,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，它通过器件内部特殊设计的高频电磁结构将强流相对论电子束的动能转化为微波能量，进而通过发射天线产生定向的高功率微波辐射。追求更高功率、更高频率、更高效率的微波输出是HPM技术领域的重要发展目标。

传统的HPM源工作在单模状态，为避免多个模式被激励，器件的尺寸通常需要小于一定值来截止高阶模式。例如：相对论反波管中慢波结构的平均直径D与输出微波波长λ需满足D/λv₀₂/π≈1.76(v₀₂为零阶Bessel函数的第二个零点)以截止TM₀₂模、TM₀₃模等高阶模式；相对论速调管放大器中，漂移管半径r₀需满足r₀8.79/f来截止圆波导的基模TE₁₁模。因而，随着器件工作频率的提高，传统单模HPM源的尺寸将逐步减小，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。增大高频段HPM源功率容量的主要途径如下：

1.采用大半径的过模结构；

2.采用大半径的同轴结构。

过模结构通过增加器件的横向尺寸来增大器件功率容量。由于器件尺寸的增大，器件内的TM₀₂模等高阶模式不再处于截止状态，也能被电子束所激励，因此过模HPM源中工作模式的选择和竞争模式的抑制是其设计的重难点。同轴结构通过引入同轴内导体、增大器件的平均半径来增大器件功率容量。通过控制内外导体间的半径差，同轴HPM源可实现TM₀₂模等高阶模式的截止，因此同轴HPM源在兼顾器件高功率容量的同时仍能保证器件单模工作。