[发明专利]一种具有分裂式轴向能量提取结构的相对论磁控管

说明书

本发明公开了一种具有分裂式轴向能量提取结构的相对论磁控管，属于微波源技术领域。包括阴极、阳极、能量提取结构，能量提取结构包括沿轴向依次设置的扇形腔体段、模式变换段、矩形波导段；能量通过耦合缝隙进入扇形波导腔内，激励起扇形波导TEsubgt;11/subgt;模，扇形波导TEsubgt;11/subgt;模通过线性过渡腔转为矩形波导TEsubgt;10/subgt;模，最终通过矩形波导腔分裂式输出。本发明将模式变换结构集成到磁控管器件中，在保证模式转变的同时又不造成能量的大量损耗，提高了整套系统的集成度，有效的降低了整体系统的重量；同时，将能量通过4个矩形波导分裂输出，由于TEsubgt;10/subgt;模为矩形波导的基模，更有利于后续天线能量的辐射。

技术领域

本发明属于微波源技术领域，具体涉及一种具有分裂式轴向能量提取结构的相对论磁控管。

背景技术

在1976年，麻省理工大学的Bekefi和Orzechowski教授首次提出并研究相对论磁控管器件，其工作结果为器件工作在S波段，输出功率为900MW,总工作效率为20％。

在1997年，美国科学院的Kovalev和苏联物理研究所的Fucks提出并研究具有衍射输出结构的相对论磁控管，但是该研究在当时没有深入研究，因为其工作效率在当时经过研究只有不到10％的效率。

在2000年，美国密歇根大学与新墨西哥大学在相对论磁控管阴极技术领域取得突破。随后，日本团队改进并验证了用此技术的衍射输出结构的相对论磁控管仿真模拟阶段能够获得37％的总工作效率。新墨西哥团队验证了具有透明阴极的轴向衍射输出相对论磁控管在仿真模拟阶段取得70％效率和实验阶段取得63％效率。

在2019年，由磁控管研究领域的权威美国新墨西哥大学的Edl Schamiloglu带领的团队完成并在Physical Review Letters期刊公开发表相关成果，公开报道了具有衍射输出结构的磁控管所达到的总工作效率达到92％，其技术创新点在于磁镜技术的应用。

总工作效率是相对论磁控管器件最为重要的性能指标参数，同时轴向衍射输出结构又具有结构紧凑，要求外加磁场体积小等优势，所以提高具有轴向衍射输出结构的相对论磁控管的总工作效率是目前该方向研究很重要的研究课题。结合美国新墨西哥团队提出利用磁镜技术提高效率的实现难度较大，难以将该技术方案在实验中成功实现，故需要研究设计可靠且更容易实现的方案，这对于相对论磁控管在实际应用领域的发展具有重要的意义及价值。

发明内容

本发明针对现有技术中相对论磁控管工作效率不够高的问题，提出了一种具有分裂式轴向能量提取结构的相对论磁控管，通过可靠且易实现的轴向能量提取结构，有效提高相对论磁控管的工作效率。

本发明的技术方案如下：

一种具有分裂式轴向能量提取结构的相对论磁控管，该相对论磁控管关于中轴线旋转对称；包括阴极、阳极、能量提取结构；

所述阳极包括第一阳极筒、第二阳极筒、N个扇形阳极叶片；所述第一阳极筒、第二阳极筒轴向连接；N个扇形阳极叶片沿圆周均匀设置于第二阳极筒内壁，N为8或16；

所述阴极包括同轴且依次连接的阴极阻抗匹配结构、阴极连接杆、上游阴极端帽、阴极电子发射段、下游阴极端帽；

所述能量提取结构包括角向等间距设置于第二阳极筒的N/2个耦合缝隙，所述耦合缝隙用于将能量径向耦合输出；

其特征在于，所述第一阳极筒的半径大于第二阳极筒的半径；所述第二阳极筒的另一端为封闭面；

所述阴极电子发射结构设置于第一阳极筒内部，所述上游阴极端帽、下游阴极端帽设置于第二阳极筒内部；