[发明专利]一种跨X、Ka波段频率可调相对论返波振荡器

摘要

本发明涉及高功率微波技术领域的微波源器件，尤其是一种跨X、Ka波段频率可调相对论返波振荡器；由内外两套电磁结构组成，外部电磁结构包括外阴极座、外阴极、阳极外筒、外截止颈、第一外慢波结构、第二外慢波结构、隔离段、内导体、外调制腔、提取腔、外锥形波导、外微波输出口、第一支撑杆、第二支撑杆、螺线管磁场；内部电磁结构包括内阴极座、内阴极、阳极内筒、内截止颈、前置反射腔、第一内慢波结构、第二内慢波结构、内调制腔、内锥形波导、内微波输出口，整个结构关于中心轴线旋转对称；本发明仅通过调节内、外阴极与截止颈之间的距离，即可实现跨波段微波输出，调节方式简单易行。

主权项

1.一种跨X、Ka波段频率可调RBWO，其特征在于：所述RBWO由内外两套电磁结构组成，外部电磁结构包括外阴极座(501a)、外阴极(502a)、阳极外筒(503a)、外截止颈(504a)、第一外慢波结构(505a1)、第二外慢波结构(505a2)、隔离段(520)、内导体(506)、外调制腔(518a)、提取腔(514)、外锥形波导(519a)、外微波输出口(508a)、第一支撑杆(510a1)、第二支撑杆(510a2)、螺线管磁场(509)；内部电磁结构包括内阴极座(501b)、内阴极(502b)、阳极内筒(503b)、内截止颈(504b)、前置反射腔(511)、第一内慢波结构(505b1)、第二内慢波结构(505b2)、内调制腔(518b)、内锥形波导(519b)、内微波输出口(508b)，外慢波结构与内导体组合后的同轴慢波结构工作波长为λ₁，内慢波结构与内导体组合后的同轴慢波结构工作波长为λ₂，整个结构关于中心轴线旋转对称；分别调节阴极的长度，进而改阴极右端至截止颈左端的距离：当调节外阴极(502a)长度，使外阴极(502a)右端至外截止颈(504a)左端的距离在2cm～3cm范围，产生X波段微波；当调节内阴极(502b)长度，使内阴极(502b)右端至内截止颈(504b)左端的距离在1cm～2cm范围，产生Ka波段微波；当同时调节外阴极(502a)和内阴极(502b)长度，使外阴极(502a)右端至外截止颈(504a)左端的距离在2～3cm范围，内阴极(502b)右端至内截止颈(504b)左端的距离在1cm～2cm范围，同时产生X、Ka波段微波，从而实现对RBWO工作状态的控制；外阴极(502a)是一个薄壁圆筒，套在外阴极座(501a)右端，壁厚为0.1mm，外阴极(502a)半径R₁等于外电子束的半径；外截止颈(504a)呈圆盘状，外截止颈(504a)内半径为R₂，R₂＞R₁，具体尺寸需要根据工作波长λ₁优化设计；外慢波结构包括第一外慢波结构(505a1)、第二外慢波结构(505a2)两段，由8个相同的慢波叶片组成，第一外慢波结构(505a1)由3个慢波叶片组成，第二外慢波结构(505a2)由5个慢波叶片组成，每个慢波叶片的内表面均是矩形结构，外半径为R₄，内半径为R₅，满足R₄＞R₅＞R₁；慢波叶片长度L₁取值为工作波长λ₁的0.2‑0.4倍；外慢波结构与内导体(506)组成的同轴结构的工作模式是同轴慢波结构准TEM模的π模，对应波段为X波段；在第一外慢波结构(505a1)、第二外慢波结构(505a2)之间设置有1个形状为圆盘状的外调制腔(518a)，外调制腔(518a)的半径R₁₄大于慢波结构慢波叶片外半径R₄；宽度L₉为工作波长λ₁的0.9‑1.3倍；在第二外慢波结构(505a2)之后设置有1个形状为圆盘状的提取腔(514)，提取腔(514)的内半径R₁₇和外半径R₈满足R₈＞R₁₄＞R₅，长度L₄取值为工作波长λ₁的0.3‑0.5倍；提取腔(514)后接外锥形波导(519a)，外锥形波导(519a)的左侧内半径为R₁₇，右侧内半径为R₆，长度为L₁₂，L₁₂取值为工作波长λ₁的1.5‑2.5倍；隔离段(520)呈圆盘状，隔离段外半径为R₁₆，内半径为R₁₅，长度L₁₄，具体尺寸需要根据工作波长λ₁、λ₂优化设计；内导体(506)是外半径为R₃的圆筒，左端与外截止颈(504a)的右端平齐，通过螺纹与隔离段(520)相连，右端通过第一支撑杆(510a1)和第二支撑杆(510a2)固定在阳极外筒(503a)的内壁上；内导体(506)与阳极外筒(503a)之间围成的圆环空间为外微波输出口(508a)；第一支撑杆(510a1)位于与锥形波导右侧端点距离为L₁₃的位置处，L₁₃为工作波长λ₁的1至2倍；第二支撑杆(510a2)与第一支撑杆(510a1)之间的距离为L₁₁，L₁₁为工作波长λ₁的0.1至0.3倍；外微波输出口(508a)的右端接天线；螺线管磁场(509)套在阳极外筒(503a)的外壁上；内阴极(502b)也是一个薄壁圆筒，套在内阴极座(501b)右端，壁厚为0.1mm，内阴极(502b)半径R₁’等于内电子束的半径；内截止颈(504b)呈圆盘状，内截止颈(504b)内半径为R₂’，R₂’＞R₁’，具体尺寸需要根据工作波长λ₂优化设计；前置反射腔(511)呈圆盘状，内半径等于截止颈(504b)内半径R₂’，外半径R₇满足R₇＞R₂'，宽L₃为工作波长λ₂的0.4至0.6倍；内慢波结构包括第一内慢波结构(505b1)、第二内慢波结构(505b2)两段，由14个相同的慢波叶片组成，第一段内慢波结构由5个慢波叶片组成，第二段内慢波结构由9个慢波叶片组成，每个慢波叶片的内表面均是矩形结构，外半径为R₄’，内半径为R₅’，满足R₄’＞R₅’＞R₁’；慢波叶片长度L₁’取值为工作波长λ₁的0.3‑0.4倍；内慢波结构的工作模式是空心慢波结构TM₀₁模的π模，对应波段为Ka波段；在第一内慢波结构(505b1)、第二内慢波结构(505b2)之间设置有1个形状为圆盘状的内调制腔(518b)，内调制腔(518b)的半径R₁₄’大于内慢波结构慢波叶片外半径R₄’；宽度L₉’为工作波长λ₂的1至2倍；第二内慢波结构(505b2)后接内锥形波导(519b)，内锥形波导(519b)的左侧内半径为R₁₇’，右侧内半径为R₆’，长度为L₁₂’，L₁₂’取值为工作波长λ₂的5‑6倍；阳极内筒(503b)与内导体(506)之间围成的圆环空间为内微波输出口(508b)；内微波输出口(508b)的右端接天线。