CN105590819A - 一种全腔提取相对论磁控管的混合励磁*** - Google Patents

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徐莎
王冬
秦奋
张勇
马弘舸
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Abstract

本发明公开了一种全腔提取相对论磁控管的混合励磁***，包括阳极外筒和设置在阳极外筒内的阴极，阴极与阳极外筒同轴线设置，所述阴极与阳极外筒之间设置有阳极块，阴极和阳极块之间为束波互作用区域，所述阳极外筒外表面套有电磁线圈，包括设置在阳极外筒内与阴极之间的永磁体；本发明中，永磁磁铁嵌于磁控管内部，充分利用了磁控管的内部空间。内嵌永磁磁铁有效地提高了磁场线圈端部的磁场，通过内嵌永磁磁铁和磁场线圈的混合使用，实现了互作用区域的磁场均匀分布，同时使得整个全腔提取相对论磁控管混合励磁***功耗较低。

Description

一种全腔提取相对论磁控管的混合励磁***
技术领域
本发明属于高功率微波技术领域，具体涉及一种全腔提取相对论磁控管的混合励磁***。
背景技术
高功率微波是20世纪70年代以来随着等离子体技术、脉冲功率技术的进步以及计算机粒子模拟软件的发展而迅速发展起来的一个研究领域，高功率微波源是高功率微波***中的关键部件之一，相对论磁控管（RM）作为一种典型的高功率微波源代表，由于具有结构简单、运行磁场低、具备高功率与重复脉冲工作的能力，同时也具备多管锁相工作合成输出更大功率的潜能，因而在国际上受到广泛重视。为了提高相对论磁控管的工作性能，研究者对其结构特征进行了广泛的研究，Greenwood和Hoff等人提出了全腔提取轴向输出结构，该结构将磁控管相邻谐振腔耦合孔以沿中心线对称的形式与一个扇形输出波导相连，当磁控管工作在π模时，扇形输出波导中将激励起TE11模。与传统径向输出磁控管相比，这种结构具有对称输出的特点，对磁控管工作状态影响较小。由于输出微波沿扇形波导轴向传输，器件径向尺寸较小，有利于磁控管的磁体设计并实现小型化。
绝大部分高功率微波源主要是利用相对论电子束与微波腔体相互作用产生高功率微波输出，一般来说其工作需要外加磁场约束电子束传输。现有的外加磁场方式有利用磁场线包或永磁体等实现励磁，不同的励磁方式有着不同的特点。磁场线包是实际使用较为广泛的一种励磁方式，这主要是由于其具有制作技术成熟，成本低廉，能够提供较大尺寸的均匀磁场等优点，但它也有一些自身的缺点，其能耗较高，并且高能量的供电电源会增大***的体积和重量，这不利于高功率微波源的小型化。永磁体具有不消耗能量、能够提供稳定的磁场、可靠性高等优点，但永磁体造价较高，另外永磁体的磁场是由自身永磁体结构和磁路磁导决定，设计成型后其励磁范围有限，很难调节。
发明内容
本发明要解决的技术问题为了弥补磁场线圈的缺点，结合全腔提取相对论磁控管的结构特征，提出了混合励磁的方式，在相对论磁控管的内部放置永磁块，用于辅助外部的磁场线圈进行励磁。该套混合励磁***具有体积小、重量轻、能耗低的优点，能满足多种移动应用平台的需求。
实现本发明的技术方案是：
一种全腔提取相对论磁控管的混合励磁***，包括阳极外筒和设置在阳极外筒内的阴极，阴极与阳极外筒同轴线设置，所述阴极与阳极外筒之间设置有阳极块，阴极和阳极块之间为束波互作用区域，所述阳极外筒外表面套有电磁线圈；包括设置在阳极外筒内与阴极之间的永磁体。
在上述技术方案中，所述阳极块设置为六块，沿同一圆周均匀分布。
在上述技术方案中，所述阳极块外形一致，每两个阳极块之间形成提取腔。
在上述技术方案中，所述永磁体为环形状，永磁体与阴极同轴线设置。
在上述技术方案中，包括两块大小、形状相同的永磁体。
在上述技术方案中，阳极块设置在两块永磁体之间。
在上述技术方案中，所述电磁线圈轴向设置中心与束波互作用区域中心重合。
在上述技术方案中，两块永磁体轴向设置中心与束波互作用区域中心重合。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明中，永磁磁铁嵌于磁控管内部，充分利用了磁控管的内部空间。内嵌永磁磁铁有效地提高了磁场线圈端部的磁场，通过内嵌永磁磁铁和磁场线圈的混合使用，实现了互作用区域的磁场均匀分布，同时使得整个全腔提取相对论磁控管混合励磁***功耗较低；
该混合励磁方式充分利用了全腔提取相对论磁控管的结构特征以及永磁体的优点，能够提供相对论磁控管正常工作所需的均匀磁场。所设计的混合励磁***结构简单紧凑，重量轻，制作和使用维护费用较低，非常有利于移动应用平台使用。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明；
图1是本发明的实施例1的结构示意图；
其中：1是阳极外筒；2是束波互作用区域；3、4是内嵌永磁磁块；5是磁场线圈；6是永磁体。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的全腔提取相对论磁控管由阳极外筒，六个大小相同的阳极块，阴极、全腔提取结构和输出结构组成。阴极位于阳极筒内部，与阳极筒同轴心。六个阳极块位于阳极筒和阴极之间，均匀环绕在阴极外部，六个阳极块间沿角向形成了六个谐振腔。阴极和阳极块之间为束波互作用区域。全腔提取结构采用的是径向耦合孔与扇形波导相结合的方式。微波经过扇形波导，再由同轴波导进一步合成，最后经末端圆锥过渡，由圆波导端口输出。
磁场线圈套于相对论磁控管外筒外部，轴向放置中心与束波互作用区域中心重合。
内嵌永磁磁铁为两块相同大小的同轴型磁块，其体积较小，位于相对论磁控管的内部，其外径等于相对论磁控管的阳极块外径，与相对论磁控管保持同轴，两块内嵌小磁块轴向放置中心也与束波互作用区域中心重合。
磁场线圈与内嵌永磁磁铁共同为相对论磁控管的束波互作用区域提供轴向均匀磁场。
具体实施例如下：
磁场线圈套于阳极外筒上，线圈内半径为105mm，外半径为155mm，轴向放置中心与束波互作用区域中心重合，轴向长度为80mm，采用2mm×3mm的铜线绕制，导线上通的电流为80A，采用水冷的冷却方式。
内嵌永磁磁铁的两个小磁块位于相对论磁控管的内部，与相对论磁控管保持同轴，两块内嵌小磁块轴向放置中心也与束波互作用区域中心重合。小磁块外径为60mm，内径为30mm，每一块的轴向长度为100mm，两块小磁块的间隔为250mm，磁化方向均采用轴向方向。两个同轴小磁块均采用具有较高的剩余磁感应强度的硬磁材料，剩余磁感应强度为1.33T。
采用上述结构尺寸，模拟得到磁场线圈和内嵌永磁磁块在互作用区域内的轴向磁场分布，该磁场分布较均匀，完全满足该尺寸下的全腔提取相对论磁控管正常工作产生微波所需的磁场。该套混合励磁***中，磁场线圈重量约为11.5Kg，功耗约为10KW，内嵌永磁磁铁总重量约为13.5Kg。而直接采用磁场线圈提供上述的磁场，线圈重量约为67Kg，功耗约为44KW。由此可见，采用本实施例中的混合励磁方式，可比采用传统的磁场线圈重量下降超60%，线圈功耗下降超70%。由于该混合励磁方式使得器件结构紧凑，故该发明可用于对器件小型化要求较高的移动应用平台中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种全腔提取相对论磁控管的混合励磁***，包括阳极外筒和设置在阳极外筒内的阴极，阴极与阳极外筒同轴线设置，所述阴极与阳极外筒之间设置有阳极块，阴极和阳极块之间为束波互作用区域，所述阳极外筒外表面套有电磁线圈；其特征在于包括设置在阳极外筒内与阴极之间的永磁体。
2.根据权利要求1所述的一种全腔提取相对论磁控管的混合励磁***，其特征在于所述阳极块设置为六块，沿同一圆周均匀分布。
3.根据权利要求2所述的一种全腔提取相对论磁控管的混合励磁***，其特征在于所述阳极块外形一致，每两个阳极块之间形成提取腔。
4.根据权利要求1所述的一种全腔提取相对论磁控管的混合励磁***，其特征在于所述永磁体为环形状，永磁体与阴极同轴线设置。
5.根据权利要求4所述的一种全腔提取相对论磁控管的混合励磁***，其特征在于包括两块大小、形状相同的永磁体。
6.根据权利要求3或5所述的一种全腔提取相对论磁控管的混合励磁***，其特征在于阳极块设置在两块永磁体之间。
7.根据权利要求1所述的一种全腔提取相对论磁控管的混合励磁***，其特征在于所述电磁线圈轴向设置中心与束波互作用区域中心重合。
8.根据权利要求5或7所述的一种全腔提取相对论磁控管的混合励磁***，其特征在于两块永磁体轴向设置中心与束波互作用区域中心重合。
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