【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，尤其是一种基于电调谐的跨五波段跳频相对论切伦科夫振荡器及调谐方法。
技术介绍
1、高功率微波(high-power microwave，hpm)通常的定义是频率在0.1-100ghz内，峰值功率大于100mw的电磁波。hpm源是指hpm系统中将强流相对论电子束能量转换为微波场能的器件，通常为电真空器件。自上世纪七十年代第一台hpm源产生以来，由于其重要的军事和民用需求，hpm源技术迅速发展。
2、频率可调谐是hpm技术的一个新的研究方向，其根据作用目标的不同，通过在线调谐微波频率以增强微波对目标的作用效果，在工业和国防领域具有重要的应用价值。目前hpm源的频率调节分为机械调谐和电调谐：机械调谐是指改变hpm的电动力学结构，进而改变器件的电磁边界条件，从而实现微波的频率调节；电调谐是指改变hpm系统的电参数，如电压、电流、导引磁场等，实现微波的频率调节。同时，相对论切伦科夫微波发生器是一种基于切伦科夫辐射产生微波的hpm发生器，是目前最具潜力的调频器件之一，其物理机制为利用强流相对论电子束与慢波结构中的电磁波相互作用，产生自激振荡，形成相干微波辐射，该类器件具有高效率、高功率、长脉冲和重频运行等优点，受到广泛关注，当慢波结构中的电磁波是返波，该类相对论切伦科夫微波发生器被称为相对论返波振荡器(relativisticbackward wave osillator，rbwo)。
3、频率调谐hpm源研究方面，国内外主要有以下研究机构开展了调频方面的相关工作：
5、专利号为zl 201610033561.0的专利方案(下文简称为现有技术2，如图2所示)通过调节内导体长度l6实现了跨x、ku波段调频，但由于两个波段共用同一个慢波结构，区别只在于有无内导体，因此频率依赖关系明显，两个波段之间的频率间隔较小，无法实现跨波段大间隔频率可调。因此，该方案通常应用在频率间隔较小的相邻波段。
6、专利号为zl 201811057701.3的专利方案(下文简称为现有技术3，如图3所示)通过调节内外阴极的长度实现跨x、ka波段微波输出，但是跨波段数量少，仅能实现双波段微波同时输出，且调节阴极结构复杂，调频响应速度慢。
7、专利号为zl 202010432988.4的专利方案(下文简称为现有技术4，如图4所示)通过采用双波段串联慢波结构，同时调整引导磁场强度，实现跨c、x波段微波输出，调节方式简单，但是仅能实现跨双波段高功率微波输出，调频范围相对较窄。
8、专利号为zl 202210865761.8的专利方案(下文简称为现有技术5，如图5所示)通过电子束传输控制同时调节磁场强度实现跨c、x、ku波段微波输出，调节方式简单，调频响应速度慢，但目前仅能实现三波段频率调节，跨波段数量较少。
9、分析上述研究现状不难看出，尽管频率调谐相对论切伦科夫微波发生器的研究取得了较大进展，但通常仅能实现双波段或者三波段调节，存在跨波段数量少的问题。当应用场景变复杂，目前跨双波段或者三波段相对论切伦科夫微波发生器难以满足实际应用需求，亟需研究一种跨波段数量更多的相对论切伦科夫微波发生器。
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基于电调谐的跨五波段跳频相对论切伦科夫振荡器及调谐方法，克服通常调频器件的输出微波波段数量少的难题，通过电磁结构的合理设计，并通过改变导引磁场位型和磁场强度，实现跨s、c、x、ku、k五波段调频(调节范围宽、波段数量多)。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种基于电调谐的跨五波段跳频高功率微波发生器，由阴极结构、外部电磁结构、中间电磁结构和内部电磁结构组成，阴极结构包括阴极座601、阴极602；外部电磁结构包括阳极外筒603、中间导体604、外部过渡腔605、外部第一漂移管606、外部谐振反射腔607、外部第二漂移管608、s波段慢波结构609、外部连接段610、c波段慢波结构611、外部微波输出口612、外部支撑杆613、第一螺线管磁场614、第二螺线管磁场615；中间电磁结构包括内部导体604a、中间第一漂移管606a、中间谐振反射腔607a、中间第二漂移管608a、x波段慢波结构609a、中间连接段610a、ku波段慢波结构611a、中间微波输出口612a、中间支撑杆613a；内部电磁结构包括内部过渡腔605b、内部第一漂移管606b、内部谐振反射腔607b、内部第二漂移管608b、k波段慢波结构609b、内部收集极610b、内部微波输出口611b；整个结构关于中心轴线旋转对称。
4、阴极602是一个薄壁圆筒，套在阴极座601右端，壁厚为0.1mm，半径等于内电子束的半径r1。阳极外筒603的内半径为r2，内表面具有不规则波纹，中间导体604的内表面和内部导体604a的外表面均有不规则波纹，阳极外筒603的内表面和中间导体604的外表面共同构成外部电磁结构，中间导体604的内表面和内部导体604a的外表面共同构成中间电磁结构，内部导体604a的内表面构成内部电磁结构。
5、外部过渡腔605是一个横截面为直角梯形的圆环形空腔，上底边的内外半径分别为r3和r4，下底边的内外半径分别为r5和r4，满足r4＞r5＞r3＞r1；高为l1，l1一般取值为s波段工作波长λs的1-2倍。外部第一漂移管606是一个内外半径分别为r5和r4的圆环形空腔，长度为l2，l2一般取值为s波段工作波长λs的0.5-2倍。外部谐振反射腔607是一个内外半径分别为r5和r6的圆环形空腔，r6＞r5，长度为l3，l3一般取值为s波段工作波长λs的0.2-0.8倍。外部第二漂移管608是一个内外半径分别为r5和r4的圆环形空腔，长度为l4，l4一般取值为s波段工作波长λs的0.4-0.6倍。s波段慢波结构609由四个相同的慢波叶片组成，每个慢波叶片均为一凹一凸的周期性台阶结构，凹陷部分的半径为r7，凸起部分的半径为r8，r6＞r7＞r8；凹陷部分的长为l5，l5一般取值为s波段工作波长λs的0.1-0.25倍；凸起部分的长为l6，l6一般取值为s波段工作波长λs的0.1-0.25倍。c波段慢波结构611由五个相同的慢波叶片组成，每个慢波叶片均为一凹一凸的周期性台阶结构，凹陷部分的半径为r10，凸起部分的半径为r11，r7＞r10；凹陷部分的长为l8，l8一般取值为c波段工作波长λc的0.1-0.25倍，凸起部分的长为l9，l9一般取值为c波段工作波长λc的0.1-0.25倍。在s波段慢本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于电调谐的跨五波段跳频相对论切伦科夫振荡器，其特征在于：由阴极结构、外部电磁结构、中间电磁结构和内部电磁结构组成，阴极结构包括阴极座(601)、阴极(602)；外部电磁结构包括阳极外筒(603)、中间导体(604)、外部过渡腔(605)、外部第一漂移管(606)、外部谐振反射腔(607)、外部第二漂移管(608)、S波段慢波结构(609)、外部连接段(610)、C波段慢波结构(611)、外部微波输出口(612)、外部支撑杆(613)、第一螺线管磁场(614)、第二螺线管磁场(615)；中间电磁结构包括内部导体(604a)、中间第一漂移管(606a)、中间谐振反射腔(607a)、中间第二漂移管(608a)、X波段慢波结构(609a)、中间连接段(610a)、Ku波段慢波结构(611a)、中间微波输出口(612a)、中间支撑杆(613a)；内部电磁结构包括内部过渡腔(605b)、内部第一漂移管(606b)、内部谐振反射腔(607b)、内部第二漂移管(608b)、K波段慢波结构(609b)、内部收集极(610b)、内部微波输出口(611b)；整个结构关于中心轴线旋转对称；p>
2.一种根据权利要求1所述基于电调谐的跨五波段跳频相对论切伦科夫振荡器，其特征在于：阴极座(601)、阳极外筒(603)、中间导体(604)、内部导体(604a)采用无磁不锈钢材料，S波段慢波结构(609)、C波段慢波结构(611)、外部连接段(610)、X波段慢波结构(609a)、中间连接段(610a)、Ku波段慢波结构(611a)、K波段慢波结构(609b)采用无磁不锈钢、无氧铜或钛，阴极(602)采用高硬度石墨或耐热玻璃布-环氧树脂覆铜箔板，第一螺线管磁场(614)、第二螺线管磁场(615)采用漆包铜线或玻璃丝包铜线绕制而成。
3.一种根据权利要求1所述基于电调谐的跨五波段跳频相对论切伦科夫振荡器，其特征在于：一种跨中心频率为2.5GHz，对应微波波长λS＝12.00cm的S波段、中心频率为4.5GHz，对应微波波长λC＝6.67cm的C波段、中心频率为9.8GHz，对应微波波长λX＝3.06cm的X波段、中心频率为13.56GHz，对应微波波长λKu＝2.21cm的Ku波段、中心频率为20.0GHz，对应微波波长λK＝1.50cm的K波段的跳频相对论切伦科夫振荡器，相应的尺寸设计为：R1＝40mm，R2＝100mm，R3＝48mm，R4＝74mm，R5＝60mm，R6＝98.5mm，R7＝86.5mm，R8＝74mm，R9＝78mm，R10＝80mm，R11＝74mm，R12＝79mm，L1＝160mm，L2＝60mm，L3＝32mm，L4＝50mm，L5＝14mm，L6＝14mm，L7＝70mm，L8＝9mm，L9＝9mm；R'3＝34mm，R′4＝46mm，R′5＝58mm，R′6＝50mm，R′7＝46mm，R′8＝48mm，R′9＝49mm，R′10＝46mm，R′11＝50mm，L′1＝125mm，L′2＝13mm，L′3＝15mm，L′4＝3mm，L′5＝3mm，L′6＝31mm，L′7＝3mm，L′8＝2mm；
4.一种基于权利要求1至3任一项所述跨五波段跳频相对论切伦科夫振荡器的电调谐方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于电调谐的跨五波段跳频相对论切伦科夫振荡器，其特征在于：由阴极结构、外部电磁结构、中间电磁结构和内部电磁结构组成，阴极结构包括阴极座(601)、阴极(602)；外部电磁结构包括阳极外筒(603)、中间导体(604)、外部过渡腔(605)、外部第一漂移管(606)、外部谐振反射腔(607)、外部第二漂移管(608)、s波段慢波结构(609)、外部连接段(610)、c波段慢波结构(611)、外部微波输出口(612)、外部支撑杆(613)、第一螺线管磁场(614)、第二螺线管磁场(615)；中间电磁结构包括内部导体(604a)、中间第一漂移管(606a)、中间谐振反射腔(607a)、中间第二漂移管(608a)、x波段慢波结构(609a)、中间连接段(610a)、ku波段慢波结构(611a)、中间微波输出口(612a)、中间支撑杆(613a)；内部电磁结构包括内部过渡腔(605b)、内部第一漂移管(606b)、内部谐振反射腔(607b)、内部第二漂移管(608b)、k波段慢波结构(609b)、内部收集极(610b)、内部微波输出口(611b)；整个结构关于中心轴线旋转对称；
2.一种根据权利要求1所述基于电调谐的跨五波段跳频相对论切伦科夫振荡器，其特征在于：阴极座(601)、阳极外筒(603)、中间导体(604)、内部导体(604a)采用无磁不锈钢材料，s波段慢波结构(609)、c波段慢波结构(611)、外部连接段(610)、x波段慢波结构(609a)、中间连接段(610a)、ku波段慢波结构(611a)、k波段慢波结构(609b)采用无磁不锈钢、无氧铜或钛，阴极(...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛行军，胡晓冬，党方超，池航，张鹏，钱宝良，
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：
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