一种基于梯度磁场的强流二极管及梯度磁场装置制造方法及图纸

本申请公开了一种梯度磁场装置，包括导引强流相对论电子束传输的导引磁场；导引磁场包括螺线管线圈；螺线管线圈绕在强流二极管周围，以用于形成使强流相对论电子束产生径向偏转的梯度磁场，包括第一子线圈、第二子线圈和第三子线圈；第一子线圈绕在强流二极管阳极的外侧，第二子线圈绕在强流二极管的外导体的外侧，第三子线圈绕在第二子线圈的外侧；导引磁场还包括调节磁场；调节磁场固定设在第一子线圈和第二子线圈之间且绕在强流二极管周围，用于调节强流相对论电子束半径变化的速度。本申请还公开了一种基于梯度磁场的强流二极管，包括梯度磁场装置。采用本申请能够解决高阻抗二极管尺寸难以缩小的问题。极管尺寸难以缩小的问题。极管尺寸难以缩小的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于梯度磁场的强流二极管及梯度磁场装置


[0001]本申请涉及高功率微波
，特别是涉及一种基于梯度磁场的强流二极管及梯度磁场装置。

技术介绍

[0002]高功率微波(High Power Microwave,简称HPM)通常是指峰值功率大于100MW、频率在1～300GHz之间的电磁波。高功率微波源是高功率微波系统的核心部件，它通过二极管阴极爆炸发射产生的强流相对论电子束(Intense Relativistic Electron Beams,简称IREB)与高频电磁结构进行束
‑
波相互作用，将IREB的动能转化为微波能量。因此，产生IREB的二极管是HPM系统中至关重要的部件之一。
[0003]追求更高功率、更高频率、更高效率的微波输出始终是HPM
的重要发展目标。随着器件工作频率的提高，传统单模HPM源的半径逐渐减小，器件功率容量大幅下降，最终导致高频段的单模HPM源难以实现高功率的微波输出。为了增加高频段HPM源的功率容量，提高微波输出功率，往往采用大半径的过模结构或同轴结构。大半径的过模结构通过采用较大的漂移管中心半径和IREB中心半径来增大HPM源的功率容量；同轴结构通过引入同轴内导体，降低IREB的势能，提高空间电荷极限电流。然而，随着漂移管中心半径和IREB中心半径的增加，传统强流二极管的阴极发射IREB的能力迅速上升，二极管阻抗减小。HPM源的工作阻抗下降，使得空间电荷效应增强，导致HPM源的束
‑
波转换效率较低，所需要的外部导引磁场较强。<br/>[0004]现有技术中，同轴过模HPM源普遍采用增加二极管阴极与阳极间距的方式(增大二极管阳极半径)来增大二极管阻抗，以减弱空间电荷效应，并提高束
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波转换效率。由于同轴过模HPM源的尺寸由二极管尺寸决定，二极管阴极与阳极间距的增加会进一步增大同轴过模HPM源的尺寸，使外部导引磁场体积和能耗增加，这与HPM源小型化的需求是矛盾的；同时，二极管阴极与阳极间距的增加会导致阴极处发射电场减弱，不利于IREB的均匀发射。
[0005]综上所述，为了满足HPM源高频率、高功率、高效率、小型化的应用需求，高频段HPM源可采用大半径的过模结构和同轴结构以保证较高的输出功率，而高阻抗与小型化之间是矛盾的。

技术实现思路

[0006]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于梯度磁场的强流二极管及梯度磁场装置，能够解决高阻抗二极管尺寸难以缩小的问题。
[0007]一种梯度磁场装置，包括：导引强流相对论电子束传输的导引磁场；
[0008]所述导引磁场包括：螺线管线圈；
[0009]所述螺线管线圈绕在强流二极管周围，以用于形成使强流相对论电子束产生径向偏转的梯度磁场。
[0010]在其中一个实施例中，所述螺线管线圈包括多个子线圈，且均为环状结构。
[0011]在其中一个实施例中，所述螺线管线圈包括第一子线圈、第二子线圈和第三子线圈；
[0012]所述第一子线圈绕在二极管阳极的外侧，所述第二子线圈绕在强流二极管的外导体的外侧，所述第三子线圈绕在所述第二子线圈的外侧。
[0013]在其中一个实施例中，所述导引磁场还包括：调节结构；
[0014]所述调节结构固定设在所述第一子线圈和所述第二子线圈之间并绕在强流二极管周围，且所述调节结构固定设置为环状，以用于形成调节强流相对论电子束半径变化速度的调节磁场。
[0015]在其中一个实施例中，所述调节结构的材料为高剩磁的钕铁硼。
[0016]在其中一个实施例中，所述螺线管线圈和所述调节结构均使用法兰固定。
[0017]一种基于梯度磁场的强流二极管，包括：梯度磁场装置。
[0018]在其中一个实施例中，还包括：二极管阴极、阴极发射体、二极管阳极、内导体、外导体和漂移管。
[0019]在其中一个实施例中，所述阴极发射体浸没在第一子线圈中并向其轴向右侧偏移。
[0020]在其中一个实施例中，所述阴极发射体使用低发射阈值材料。
[0021]上述梯度磁场装置，通过在强流二极管周围设置的导引磁场，提供了足够的磁场强度，并形成了使强流相对论电子束产生径向偏转的梯度磁场，使强流相对论电子束的半径变大，由小半径的阴极发射体处发射，传输至大半径的漂移管中，从而可以减小高阻抗二极管的尺寸。
附图说明
[0022]图1为一个实施例中梯度磁场装置的示意图；
[0023]图2为一个实施例中基于梯度磁场的强流二极管的示意图；
[0024]图3为一个实施例中基于梯度磁场的强流二极管及梯度磁场装置的示意图；
[0025]图4为一个实施例中强流二极管的阴极发射体的相对位置示意图；
[0026]图5为一个实施例中在半径60mm处的轴向和径向磁场曲线分布图；
[0027]图6为一个实施例中产生的IREB的轨迹图。
[0028]附图编号：
[0029]1二极管阴极，11阴极基座，12环形结构，2阴极发射体，3二极管阳极，4内导体，41内导体过渡段，42内导体恒定段，5外导体，51外导体过渡段，52外导体恒定段，6漂移管，7螺线管线圈，71第一子线圈，72第二子线圈，73第三子线圈，8调节结构。
具体实施方式
[0030]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0031]需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用
于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0032]另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0033]在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0034]另外，本申请各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梯度磁场装置，其特征在于，包括：导引强流相对论电子束传输的导引磁场；所述导引磁场包括：螺线管线圈；所述螺线管线圈绕在强流二极管周围，以用于形成使强流相对论电子束产生径向偏转的梯度磁场。2.根据权利要求1所述的梯度磁场装置，其特征在于，所述螺线管线圈包括多个子线圈，且均为环状结构。3.根据权利要求2所述的梯度磁场装置，其特征在于，所述螺线管线圈包括第一子线圈、第二子线圈和第三子线圈；所述第一子线圈绕在二极管阳极的外侧，所述第二子线圈绕在强流二极管的外导体的外侧，所述第三子线圈绕在所述第二子线圈的外侧。4.根据权利要求3所述的梯度磁场装置，其特征在于，所述导引磁场还包括：调节结构；所述调节结构固定设在所述第一子线圈和所述第二子线圈之间并绕在强流二极管周围，且所述调节结构固定设置为...

【专利技术属性】
技术研发人员：巨金川，陈英豪，周云霄，张军，张威，张发宁，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：