【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高功率微波的微波源器件，尤其是一种加载矩形脊的高效率相对论切伦科夫微波产生器件，属于高功率微波。
技术介绍
1、高功率微波通常定义为峰值功率超过100mw、频率在1ghz～300ghz的电磁波。伴随着脉冲功率技术、等离子体物理学及电真空技术的发展，高功率微波技术是一个随之兴起的研究领域，在等离子体加热、高功率雷达以及粒子加速等前沿领域有着广阔的应用前景。
2、高功率微波源是指高功率微波系统中将强流相对论电子束能量转换为微波能量，即产生高功率微波的器件。相对论切伦科夫振荡器是目前最有潜力的高功率微波源器件之一。它利用强流相对论电子束与高频电磁结构的本征模相互作用，产生切伦科夫辐射，进而自激振荡产生高功率微波，当慢波结构中的电磁波是返波时，该类相对论切伦科夫振荡器被称为相对论返波振荡器。目前，实现相对论切伦科夫振荡器的高束波转换效率是研究领域内的重要发展方向，高束波转换效率才能进一步实现高功率微波源的小型化和紧凑化。
3、高效率的相对论切伦科夫振荡器研究方面，主要有以下相关工作：
4、2010年，国防科学技术大学张军等人研究了一种c波段谐振式相对论返波振荡器【张军,靳振兴,钟辉煌,等.c波段谐振式相对论返波振荡器设计及其高频特性[j].强激光与粒子束,2010,22(10).】。(下文简称为现有技术1，如图1所示)。该结构由环形阴极、阳极、截止颈、插入波导、慢波结构、反射器、锥波导和收集极组成，整个器件关于中心旋转对称。该方案通过在慢波结构和截止颈之间增加一段光滑波导，以此来调节-1
5、2021年，西北核技术研究所曹亦兵等人研究了一种高效率、长脉冲相对论返波管振荡器【cao yibing,sun jun,song zhimin,et al.studies of a high-efficiency,long-pulse relativistic backward wave oscillator[j].physics of plasmas,2021,28(2):023113.】。(下文简称为现有技术2，如图2所示)。该结构由阴极、谐振反射腔、慢波结构1、慢波结构2、提取腔、同轴收集极组成，整个器件关于中心旋转对称。该方案通过使用分段慢波结构，慢波结构1对电子束进行充分的速度调制，使得在慢波结构2中电子束和结构波的空间同步加强，从而使得转换效率得到提高。在二极管电压800kv、电流9.7ka、导引磁场2.2t的条件下，输出功率3.7gw，转换效率47％，相较于未使用分段慢波结构的相对论返波管振荡器效率提升7％。该方案转换效率较高，但其工作电压和工作电流仍较大。需要进一步减小工作电压和工作电流。
6、分析上述研究现状不难看出，相对论切伦科夫振荡器研究已经取得了40％以上的转换效率，但大部分技术方案均在高电压和大电流的条件下获得高效率，且转换效率很难突破50％。
7、因此，亟需研究一种能工作在低电压低电流的条件下，高转换效率的相对论切伦科夫微波产生器件，其技术方案尚未有公开报道。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：本专利技术提供一种加载矩形脊的高效率相对论切伦科夫微波产生器件，采用非均匀化、加载矩形脊的慢波结构来加强束波相互作用，采用后置反射腔反射部分微波回到慢波结构，进一步加强电场和电子束调制，进而提高微波转换效率。本专利技术可以克服通常相对论切伦科夫振荡器转换效率难以突破50％的困难，具有起振时间快、转换效率高等优点。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种加载矩形脊的高效率相对论切伦科夫微波产生器件，包括阴极座301、阴极302、阳极外筒303、截止颈304、前置双间隙调制腔305、慢波结构306、梯形收集极307、收集极挡板308、后置反射腔309、输出波导310、螺线管磁场311；整个结构关于中心轴线旋转对称；
4、阴极302是一个薄壁圆筒，壁厚为2mm，半径为r1，套在阴极座301右端；阳极外筒303的内表面具有不规则波纹，构成了高频结构；截止颈304呈圆盘状，半径为r2，满足r2>r1，宽l1，l1根据工作波长λ设计；前置双间隙调制腔305由两个谐振腔级联构成，第一个谐振腔外半径为r3，内半径为r4，满足r3>r4>r2，宽l2，l2一般取值为工作波长λ的0.2-0.3倍，两个谐振腔之间由半径为r4，宽l3的圆盘连接，l3一般取值为工作波长λ的0.1-0.2倍，第二个谐振腔外半径为r5，内半径为r4，满足r3>r5，宽l4，l4一般取值为工作波长λ的0.4-0.5倍，l2、l3、l4满足l4>l2>l3，前置双间隙调制腔的所有参数均需要根据工作波长λ进行整体优化，使得产生的微波不能反向传输到阴极区域；慢波结构306与前置双间隙调制腔305之间由一个半径为r2，宽l5的圆盘连接，l5一般取值为工作波长λ的0.3-0.4倍；慢波结构306由6个梯形叶片构成，第一个慢波叶片为直角梯形，外半径为r6，内半径为r2，上底边长度l6，斜边投影的长度为l22；第一个慢波叶片和第二个慢波叶片之间由半径为r2，宽l7的圆盘连接，l7一般取值为5mm-15mm；第二个慢波叶片为等腰梯形，外半径为r7，满足r7>r6，内半径为r2，上底边长度l8，满足l8>l6，两斜边投影的长度均为l23，满足l23>l22；第二个慢波叶片和第三个慢波叶片之间由半径为r2，宽l9的圆盘连接，l9一般取值为1mm-10mm；第三个梯形慢波叶片外半径为r8，满足r6>r8，内半径为r2，上底边长度为l10，满足l8>l10，长斜边投影的长度为l24，短斜边投影长度的为l25，满足l24>l23>l25；第三个慢波叶片和第四个慢波叶片之间由半径为r2，宽l11的圆盘连接，l11一般取值为1mm-10mm；第四个梯形慢波叶片外半径为r10，满足r10>r7，内半径为r2，上底边长度为l12，满足l10>l12，短斜边投影的长度为l26，长斜边投影的长度为l27，满足l27>l23>l26，在第四个慢波叶片的顶部挖出一个外半径为r9，内半径为r10，宽l12的圆环形空腔(称之为矩形脊)；第四个慢波叶片和第五个慢波叶片之间由半径为r2，宽l13的圆盘连接，l13一般取值为1mm-10mm；第五个梯形慢波叶片外半径为r10，内半径为r2，上底边长度为l14，满足l14>l12，长斜边投影的长度为l28，短斜边投影的长度为l29，满足l28>l29>l23，在第五个慢波叶片的顶部挖出一个外半径为r9，内半径为r10，宽l14的圆环形空腔(称之为矩形脊)；第五个慢波本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种加载矩形脊的高效率相对论切伦科夫微波产生器件，其特征在于：包括阴极座(301)、阴极(302)、阳极外筒(303)、截止颈(304)、前置双间隙调制腔(305)、慢波结构(306)、梯形收集极(307)、收集极挡板(308)、后置反射腔(309)、输出波导(310)、螺线管磁场(311)；整个结构关于中心轴线旋转对称；
2.一种根据权利要求1所述加载矩形脊的高效率相对论切伦科夫微波产生器件，其特征在于：阴极(302)壁厚为2mm。
3.一种根据权利要求1所述加载矩形脊的高效率相对论切伦科夫微波产生器件，其特征在于：阴极座(301)和阳极外筒(303)采用无磁不锈钢材料，阴极(302)采用高硬度石墨或耐热玻璃布-环氧树脂覆铜箔板材料，螺线管磁场(311)采用漆包铜线或玻璃丝包铜线绕制而成。
4.一种根据权利要求1至3任一项所述加载矩形脊的高效率相对论切伦科夫微波产生器件，其特征在于：工作频率为4.27GHz的加载矩形脊的高效率相对论切伦科夫微波产生器件，其相应的尺寸设计为：R1＝42mm，R2＝49mm，R3＝62mm，R4＝53mm，R
...【技术特征摘要】
1.一种加载矩形脊的高效率相对论切伦科夫微波产生器件，其特征在于：包括阴极座(301)、阴极(302)、阳极外筒(303)、截止颈(304)、前置双间隙调制腔(305)、慢波结构(306)、梯形收集极(307)、收集极挡板(308)、后置反射腔(309)、输出波导(310)、螺线管磁场(311)；整个结构关于中心轴线旋转对称；
2.一种根据权利要求1所述加载矩形脊的高效率相对论切伦科夫微波产生器件，其特征在于：阴极(302)壁厚为2mm。
3.一种根据权利要求1所述加载矩形脊的高效率相对论切伦科夫微波产生器件，其特征在于：阴极座(301)和阳极外筒(303)采用无磁不锈钢材料，阴极(302)采用高硬度石墨或耐热玻璃布-环氧树脂覆铜箔板材料，螺线管磁场(311)采用漆包铜线或玻璃丝包铜线绕制而成。
4.一种根据权利要求1至3任一项所述加载矩形脊的高效率相对论切伦科夫微波产生器件，其特征在于：工作频率为4.27ghz的加...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛行军，李家文，邓如金，李志敏，党方超，张鹏，
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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。