CN106971929B - 一种跨波段多频可控相对论返波振荡器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种跨波段多频相对论返波振荡器，包括发射阴极、反射腔、漂移腔和引导磁场，在相对论返波振荡器的器件内部设置有同轴内导体和两端相互独立且周期可调的慢波结构，所述慢波结构通过改变其周期并与穿越慢波结构的同一直径相对论电子束相互作用，器件慢波结构产生多频可控L~Ku波段的高功率微波。通过两段可控慢波周期结构，利用同轴结构无截止频率的特点，实现单一相对论返波器件产生L~Ku波段的高功率微波。

Description

一种跨波段多频可控相对论返波振荡器
技术领域
本发明属于高功率微波器件技术领域，具体涉及一种跨波段多频可控相对论返波振荡器。
背景技术
为应对复杂用频设备，多频可控高功率微波器件成为一种迫切需要研究的核心部件，该类器件的形成是随着高功率微波技术逐步走向实用化而提出的一种潜在应用场景的实施对策。多频可控高功率微波器件工作过程为：在每一个脉冲电压下器件通过调节结构参数可依次辐射产生不同频率的高功率微波，其中各频点可通过预设按照一定规则产生，各频点按照一定次序独立产生，互不干扰。
由于其结构参数对输出微波频率的敏感关联性及结构易调节，相对论返波振荡器成为多频可控高功率微波器件的主要选择之一。相对论返波振荡器的基本构成主要包括强流***发射阴极、反射腔、漂移腔、慢波结构及引导磁场。慢波结构是相对论返波振荡器的关键区域，相对论返波管是利用器件内的返波与相对论电子束相互作用，从而产生高功率微波，其慢波结构周期直接决定产生的高功率微波频率；谐振反射腔有两个方面的作用：将慢波结构区产生的微波反射回慢波结构区，增强电子束同慢波结构的互作用，同时具有一定选频作用；漂移腔是强流电子束进入束波互作用区—慢波结构之前的一段平滑波导管，主要作用是经反射腔预调制进入漂移腔的电子束与经慢波结构入射端进入漂移腔的同步谐波相互作用，提高束波转换效率，漂移腔长度的改变引起群聚电子同步谐波相位变化也可以引起微波产生频率的局部移动。
相对论返波振荡器中，电子束与微波之间的能量交换通过与电子束同步的返向波的-1次谐波来完成，既电子束速度与返向波的-1次谐波的群速大概相等。相对论返波振荡器一般工作在600kV～800kV左右，电子束速度一般为0.8c，则辐射微波频率与慢波结构有关系式：f(GHz)·d(cm)≈12。
由辐射微波频率与慢波结构有关系式可以计算在1.5GHz～3GHz(L～S波段)，慢波结构周期长度为8cm～4cm；7GHz～20GHz(C～Ku波段)，慢波结构周期长度为1.7cm～0.6cm。由上述计算可知由于慢波结构周期与频率的强关联关系，单纯调节一段慢波结构无法实现相对论返波振荡器在L～Ku波段的高功率微波产生。
发明内容
本发明在现有技术的基础上，通过两端可控慢波周期结构，利用同轴结构无截止频率的特点，实现单一相对论返波器件可控产生L～Ku波段的高功率微波。
一种跨波段多频可控相对论返波振荡器，包括套筒、沿套筒轴线依次设置在套筒内壁的两段慢波结构、沿着套筒轴心设置的同轴内导体，所述两段慢波结构各自独立调节使慢波结构处于不同的周期，产生多频可控L～Ku波段的高功率微波。
进一步地，所述每段慢波结构均由多个设置有连接段的盘荷波导盘片连接构成。
进一步地，所述连接段上设置有螺纹孔，所述每个盘荷波导盘片通过套在螺纹孔内的一螺杆进行连接。
进一步地，通过螺杆调节使各慢波结构处于不同周期，产生不同频率的高功率微波。
进一步地，所述其中一段慢波结构为低频段慢波结构，低频段慢波结构可产生多频可控低频段(L～S波段)高功率微波，所述低频段慢波结构的周期长度为4cm～8cm。
进一步地，所述另一段慢波结构为高频段慢波结构，高频段慢波结构可产生多频可控高频段(C～Ku波段)高功率微波，所述高频段慢波结构的周期长度为0.6cm～1.7cm。
进一步地，当其中一段慢波结构处于工作状态时，另一段慢波结构通过调节其周期可输出一段传输波导。
进一步地，当低频段慢波结构处于工作状态时，高频段慢波结构经过调节高频慢波结构周期可输出一段微波传输波导。
进一步地，当高频段慢波结构处于工作状态时，低频段慢波结构经过调节低频慢波结构周期可输出一段电子束传输波导。
进一步地，所述传输波导对电子束或者微波的指标参数不产生影响。本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
在现有技术基础上，通过两段可控慢波周期结构，利用同轴结构无截止频率的特点，实现单一相对论返波器件产生L～Ku波段的高功率微波。该发明技术使得同轴相对论返波振荡器结构简单，并且所有频率的高功率微波产生只利用同一直径电子束，增强器件结构的可靠性。
说明书附图
图1为本发明的的正面剖视图。
图2为处于低频工作状态的多频可控相对论返波振荡器的正面剖视图。
图3为处于高频工作状态的多频可控相对论返波振荡器的正面剖视图。
其中：1、套筒，2、低频段慢波结构，3、高频段慢波结构，4、同轴内导体。
具体实施方式
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，一种跨波段多频可控相对论返波振荡器，包括套筒、沿套筒轴线依次设置在套筒内壁的两段慢波结构、沿着套筒轴心设置的同轴内导体，两段慢波结构各自独立调节使慢波结构处于不同的周期，产生多频可控L～Ku波段的高功率微波。
同轴内导体的作用是使器件波导内没有传输截止频率，同时减小器件径向尺寸，并且有利于期间内TEM模式微波起振。慢波结构通过改变其周期并与穿越慢波结构的同一直径相对论电子束相互作用，器件慢波结构产生多频可控L～Ku波段的高功率微波。当其中一段慢波结构处于工作状态时，另一段慢波结构经调节周期可转变为一段传输波导。
慢波结构固定在器件的套筒内，套筒材料为无磁不锈钢，其作用是固定各慢波结构以及相关连接段，确保器件各部分围绕套筒轴线完成各项动作。每段慢波结构均由多个设置有连接段的盘荷波导盘片连接构成，每个连接段上设置有螺纹孔，每个盘荷波导盘片通过套在螺纹孔内的一螺杆进行连接，通过螺杆调节使各慢波结构处于不同周期，产生不同频率的高功率微波。
慢波结构分为可产生多频可控低频段(L～S波段)高功率微波的低频段慢波结构和可产生多频可控高频段(C～Ku波段)高功率微波的高频段慢波结构。
低频段慢波结构中的各慢波结构单元通过一螺杆进行连接，通过螺杆调节，使得各慢波结构处于不同周期，从而产生不同频率的高功率微波。在极端情况下，低频段慢波结构周期长度可为0，从而形成一段电子束传输波导。高频段慢波结构中的各慢波结构单元也是通过一螺杆进行连接，通过螺杆调节，使得各慢波结构处于不同周期，从而产生不同频率的高功率微波。在极端情况下，高频段慢波结构周期长度可为0，从而形成一段微波传输波导。
如图2所示的处于低频段工作状态的多频可控相对论返波振荡器，在该状态下高频段器件的慢波结构即高频段慢波结构通过相连接的螺杆进行调节，将周期长度调至为0，使其成为一段微波传输波导，不参与电子束与慢波结构的相互作用，并且微波传输波导对微波的指标参数不产生影响。通过螺杆调节低频段慢波结构，使各慢波结构处在不同尺寸的周期状态，并与穿越低频段慢波结构的相对论电子束相互作用，产生多频可控的低频段(L～S波段)高功率微波。
如图3所示的处于高频段工作状态的多频可控相对论返波振荡器，在该状态下低频器件的慢波结构即低频段慢波结构通过相连接的螺杆进行调节，将周期长度调至为0，使其成为一段电子束传输波导，不参与电子束与慢波结构的相互作用，并且电子束传输波导对电子束的指标参数不产生影响。通过螺杆调节高频段慢波结构，使慢波结构单元处在不同尺寸的周期状态，并与穿越高频段慢波结构的相对论电子束相互作用，产生多频可控高频段(C～Ku波段)高功率微波。
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 (6)

1.一种跨波段多频可控相对论返波振荡器，其特征在于包括套筒、沿套筒轴线依次设置在套筒内壁的两段慢波结构、沿着套筒轴心设置的同轴内导体，每段慢波结构均由多个设置有连接段的盘荷波导盘片连接构成，所述连接段上设置有螺纹孔，每个盘荷波导盘片通过套在螺纹孔内的一螺杆进行连接，所述两段慢波结构通过螺杆各自独立调节使慢波结构处于不同的周期，产生多频可控L~Ku波段的高功率微波，当其中一段慢波结构处于工作状态时，另一段慢波结构通过调节其周期可转变为传输波导，所述传输波导对电子束或者微波的指标参数不产生影响。
2.根据权利要求1所述的一种跨波段多频可控相对论返波振荡器，其特征在于其中一段慢波结构为低频段慢波结构，低频段慢波结构可产生多频可控低频段L~S波段高功率微波，所述低频段慢波结构的周期长度为4cm~8cm。
3.根据权利要求2所述的一种跨波段多频可控相对论返波振荡器，其特征在于另一段慢波结构为高频段慢波结构，高频段慢波结构可产生多频可控高频段C~Ku波段高功率微波，所述高频段慢波结构的周期长度为0.6cm~1.7cm。
4.根据权利要求3所述的一种跨波段多频可控相对论返波振荡器，其特征在于当低频段慢波结构处于工作状态时，高频段慢波结构经过调节高频慢波结构周期可转变为一段微波传输波导。
5.根据权利要求3所述的一种跨波段多频可控相对论返波振荡器，其特征在于当高频段慢波结构处于工作状态时，低频段慢波结构经过调节低频慢波结构周期可转变为一段电子束传输波导。
6.根据权利要求1所述的一种跨波段多频可控相对论返波振荡器，其特征在于通过螺杆调节使各慢波结构处于不同周期，产生不同频率的高功率微波。
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