[发明专利]采用环形束冷阴极的X波段高阻抗相对论速调管放大器

摘要

本发明涉及高功率微波技术领域的微波源器件，尤其是一种采用环形束冷阴极的X波段高阻抗相对论速调管放大器，由阴极、阴极屏蔽环、阳极外筒、高频信号注入口、注入波导、谐振腔、漂移管、同轴提取结构、收集极、支撑杆、永磁磁场组成；本发明克服了传统高阻抗RKA基于热阴极的电子光学系统需要额外加热设备，耗能太大，系统庞大复杂不利于加工和实验等不足，而传统无箔二极管难以产生kΩ级的高阻抗环形电子束，设计一个带屏蔽环的环形束冷阴极应用于采用永磁包装的X波段高阻抗RKA中，使该微波管的电子光学系统结构简单、紧凑，易于加工和实验。

主权项

一种采用环形束冷阴极的X波段高阻抗相对论速调管放大器，其特征在于：所述高阻抗相对论速调管放大器由阴极(1)、阴极屏蔽环(2)、阳极外筒(3)、高频信号注入口(4)、注入波导(5)、谐振腔(6)、漂移管(7)、同轴提取结构(8)、收集极(9)、支撑杆(10)、永磁磁场(11)组成；所述谐振腔(6)由输入腔(6a)、增益腔(6b)、末前腔(6c)、输出腔(6d)组成，所述漂移管(7)由一号漂移管(7a)、二号漂移管(7b)、三号漂移管(7c)、四号漂移管(7d)组成，所述高频信号注入口(4)、注入波导(5)、谐振腔(6)、漂移管(7)、同轴提取结构(8)、收集极(9)、支撑杆(10)组成高频结构，整个放大器关于中心轴线旋转对称；永磁磁场(11)安装在阳极外筒(3)和高频结构的外围空间区域，阴极(1)左端外接安装在脉冲功率源内导体上的阴极座，阳极外筒(3)左端外接脉冲功率源的外导体；所述阴极(1)为一薄壁圆筒，壁厚为1mm，外半径R2等于发射电子束的外半径，内半径R3＝R2‑1mm；阴极屏蔽环(2)为一紧密嵌套在阴极外壁上的厚壁圆环筒，所述圆环筒的右端倒圆角，倒角半径等于圆环筒的壁厚r；阴极(1)伸出阴极屏蔽环(2)右端面的长度为D1；所述阳极外筒(3)为一内半径为R1的圆柱筒，其左端开口，开口半径为R1，右端采用一块中心开有半径为R4的圆孔的圆环形盖板封闭，右端内侧壁与阴极(1)右端的轴向间距为D2；所述漂移管(7)由四段内表面光滑的圆筒组成，从左到右依次为一号漂移管(7a)、二号漂移管(7b)、三号漂移管(7c)、四号漂移管(7d)，其中一号漂移管(7a)、二号漂移管(7b)、三号漂移管(7c)的内半径均为R4，四号漂移管(7d)的内半径为R9，满足R4<R9，四段漂移管的长度分别为L1、L2、L3、L4；所述谐振腔(6)由输入腔(6a)、增益腔(6b)、末前腔(6c)和输出腔(6d)共四个药盒型谐振腔组成，内半径依次为R5、R6、R7、R8，宽度分别是D3、D4、D5、D6；所述输入腔(6a)位于一号漂移管(7a)和二号漂移管(7b)之间、增益腔(6b)位于二号漂移管(7b)与三号漂移管(7c)之间、末前腔(6c)位于三号漂移管(7c)与四号漂移管(7d)之间、输出腔(6d)位于四号漂移管(7d)与收集极(10)之间，其中输入腔(7a)与注入波导(5)连接，种子高频微波信号通过注入波导(5)上开有的高频信号注入口(4)输入注入波导(5)，并在谐振腔内激发出高频电场对电子束产生调制，所述注入波导（5）及高频信号注入口的宽度均为h；所述同轴提取结构(8)由一段内半径为R8的圆柱形外筒(8a)、一段内半径为R13的圆柱形外筒(8c)和一段圆台外筒(8b)及提取块(8d)组成，所述圆台外筒(8b)为内半径为R8的圆柱形外筒(8a)及内半径为R13的圆柱形外筒(8c)之间的连接段，圆台外筒(8b)的顶面半径为R8，底面半径为R13，倾斜角为θ，满足R8<R13，0°＜θ＜90°；所述提取块(8d)为一宽度为D7、外半径为R10、内半径为R12的圆环，嵌套安装在收集极(9)上，提取块(8d)的左侧端面距离收集极(9)左侧端面的距离为L5；收集极(9)为一半径为R12的圆柱体，同时作为同轴提取结构的内导体，所述收集极(9)内部挖空，其中左端被挖去一个长度为L6、半径为R9的圆柱体，接着以长度为L6、半径为R9的圆柱体的右侧端面为顶面，以倾斜角α从半径R9渐变至半径为R11，以半径R11处所在平面为底面，向右挖出一个圆台，最后再以半径R11处所在平面为底面，向右挖出一个顶部倾斜角为β的圆锥，满足R9＜R11，0°＜α＜90°，0°＜β＜90°；所述收集极(9)与圆柱形外筒(8a)构成同轴提取结构的第一个同轴输出波导，所述同轴输 出波导与输出腔(6d)相连；所述收集极(9)与圆柱形外筒(8c)构成第二个同轴输出波导，第二个同轴输出波导同时作为微波输出口；所述收集极(9)通过一号支撑杆(10a)和二号支撑杆(10b)支撑固定在圆柱形外筒(8c)内壁，一号支撑杆(10a)距离提取块(8d)右侧端面的距离为L7，二号支撑杆(10b)与一号支撑杆(10a)之间的距离为L8，L8约为RKA工作波长λ的四分之一；永磁磁场(11)采用永磁体材料构成空心圆柱状环绕在阳极外筒(3)和高频结构的外围空间区域。