【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高功率微波，具体涉及一种p波段全腔提取相对论磁控管。
技术介绍
1、相对论磁控管由于其紧凑性良好，引导磁场低，转换效率高而成为一种十分具有竞争力的高功率微波源。随着军事、工业需求的发展，p波段(0.3-1ghz)高功率微波具有广泛的应用前景。然而，相对论磁控管主要集中在l、s、c波段的研究，至今未见到p波段相对论磁控管的有关报道。主要原因是p波段相对论磁控管的谐振系统和输出结构过于庞大限制其实际应用。近年来，国内外学者提出了一些p波段高功率微波源，但是难以兼顾转化效率与小型化。
2、2012年，国防科技大学提出了一种p波段紧凑型同轴返波管，通过三个同时具有内导体波纹与外导体波纹的周期慢波结构减小了系统的轴向尺寸【liang gao,bao-liangqian,xing-jun ge,xiao-ping zhang,zhen-xing jin；experim ental study of acompact p-band coaxial relativistic backward wave oscillator with threeperiods slow wave structure.phys.plasmas 1august 2012；19(8):083113.https://doi.org/10.1063/1.4748564】。该器件的工作频率在897mhz，在二极管电压为572kv，轴向导引磁场为0.86t的条件下，获得1.47gw的微波辐射功率，输出效率为32％；在二极管电压为997kv，轴向导引磁
3、2017年，国防科技大学提出另一种在p波段可行的高功率微波源——磁隔离线振荡器，将慢波结构的叶片倾斜一定的角度，使得器件的体积与重量大大下降【xiaopingzhang,fangchao dang,yangmei li,zhenxing jin；proposal of a novel compact p-band magnetically insulated transmission line oscillator wit h inclinedvanes.phys.plasmas 1june 2015；22(6):063304.https://doi.org/10.1063/1.4922897】。该器件的工作频率为645mhz，在700kv的条件下获得4.7gw的输出功率，能量转换效率为14.9％，器件的直径为240mm。
4、纵观现有的p波段高功率微波源，虽然都通过新的技术将器件的尺寸减小，提升了系统整体的紧凑性，但是难兼顾低引导磁场与高转换效率，而相对论磁控管具有在低磁场条件下具有高转换效率的优势，因此，设计一款在p波段紧凑高效相对论磁控管是十分有必要的。
技术实现思路
1、针对现有技术难以兼顾低引导磁场与高转换效率的不足，本专利技术提供了一种p波段全腔提取相对论磁控管。
2、本专利技术采用的技术方案是：
3、一种p波段全腔提取相对论磁控管，包括真空腔室、阳极、阴极、轴向提取结构；
4、其特征在于：所述阳极，包括圆筒形的阳极外壳、位于阳极外壳内部且沿圆周周期交错设置的n个大扇形阳极叶片和n个小扇形阳极叶片；其中，所述大扇形阳极叶片的内半径和小扇形阳极叶片的内半径相同，大扇形阳极叶片的外侧面与阳极外壳内壁贴合，所述小扇形阳极叶片的外侧面与阳极外壳之间存在扇形间隙；所述大扇形阳极叶片和小扇形阳极叶片之间的扇形腔为谐振腔，所述小扇形阳极叶片与阳极外壳之间的扇形间隙为扇形波导腔；
5、所述真空腔室，包括真空腔室外壳，真空腔室外壳的一端连接阳极，另一端连接前级加速器；
6、所述阴极，设置于阳极外壳内部，且与阳极外壳同轴；
7、所述轴向提取结构，包括模式转换段、同轴输出段；其中，所述模式转换段，包括转换段外壳、下游圆环挡片、转换段内导体；所述同轴输出段，包括输出段外壳、输出段内导体；所述转换段外壳和输出段外壳为阳极外壳的轴向延伸，三者的内半径相同；所述转换段内导体为中空的圆台状壳体，其半径较大的一端与扇形阳极叶片的端面相接、且外半径与小扇形阳极叶片的外半径相同；所述下游圆环挡片位于转换段内导体半径较大的一端，且与扇形阳极叶片的下游端面相接，下游圆环挡片的内半径与扇形阳极叶片的内半径相同，外侧面与转换段内导体连接；所述输出段内导体为一端封闭的圆筒形壳体，其开口的一端连接转换段内导体，且连接处内外半径相同。
8、进一步地，所述真空腔室外壳，包括同轴且依次设置的小圆筒外壳、圆环端盖、大圆筒外壳、上游圆环挡片，以及位于大圆筒外壳轴向中部位置的真空腔室圆环档片；其中，所述第一圆筒外壳、圆环端盖、第二圆筒外壳内部腔体为阶梯圆柱状腔体；所述第一圆筒外壳的另一端连接前级加速器；所述上游圆环挡片的端面与扇形阳极叶片的上游端面相接；所述上游圆环挡片的外侧面与阳极外壳连接，内半径小于小扇形阳极叶片的外半径并大于小扇形阳极叶片的内半径。
9、进一步地，所述输出段外壳的内半径为0.135λ-0.157λ，所述输出段内导体的外半径为0.09λ-0.104λ。
10、进一步地，所述模式转换段的轴向长度为0.03λ-0.14λ。
11、进一步地，所述小扇形阳极叶片与上游圆环挡片通过螺钉固定。
12、进一步地，所述阴极为透明阴极，包括依次连接的阴极支撑杆、若干透明阴极杆、下游阴极端帽；其中，所述阴极支撑杆的另一端连接前级加速器；若干透明阴极杆沿圆周均匀分布；所述下游端帽伸入转换段内导体中。
13、进一步地，所述下游端帽为阶梯圆柱形。
14、本专利技术的工作过程为：二极管加速器的高电压脉冲通过真空腔室进入谐振腔，由阴极发射电子束，当电子束速度与电磁波的相速度相匹配时，电子束开始将动能转换为高频场的能量。在谐振腔中激励的π模场耦合进入小扇形阳极叶片与阳极外壳之间的扇形波导腔中；由于相邻两个谐振腔的相位相差180°，使扇形波导腔中电场的角向分量抵消只保留径向分量，在三个扇形波导腔内同时激励起具有相同振幅和相位的te11模式，并沿轴向传播进入轴向提取结构；t e11模式通过模式转换段转换为tem模式，最后经同轴输出段输出。
15、与现有的技术相比，本专利技术的有益结果是：
16、本专利技术提出了一种p波段全腔提取相对论磁控管，与相对论返波管相比，降低了引导磁场；与磁隔离线振荡器相比，提升了能量转换效率；与传统的全腔提取结构的相对论磁控管相比，减小了径向尺寸，提升了系统的紧凑性。因此，本专利技术的全腔提取相对论磁控管在保证基模输出的同时兼顾了紧凑性、低磁场、高效率。
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1.一种P波段全腔提取相对论磁控管，包括真空腔室、阳极、阴极、轴向提取结构；
2.如权利要求1所述的一种P波段全腔提取相对论磁控管，其特征在于：所述真空腔室外壳，包括同轴且依次设置的小圆筒外壳、圆环端盖、大圆筒外壳、上游圆环挡片，以及位于大圆筒外壳轴向中部位置的真空腔室圆环档片；其中，所述第一圆筒外壳、圆环端盖、第二圆筒外壳内部腔体为阶梯圆柱状腔体；所述第一圆筒外壳的另一端连接前级加速器；所述上游圆环挡片的端面与扇形阳极叶片的上游端面相接；所述上游圆环挡片的外侧面与阳极外壳连接，内半径小于小扇形阳极叶片的外半径并大于小扇形阳极叶片的内半径。
3.如权利要求1或2所述的一种P波段全腔提取相对论磁控管，其特征在于：所述输出段外壳的内半径为0.135λ-0.157λ，所述输出段内导体的外半径为0.09λ-0.104λ。
4.如权利要求3所述的一种P波段全腔提取相对论磁控管，其特征在于：所述模式转换段的轴向长度为0.03λ-0.14λ。
5.如权利要求4所述的一种P波段全腔提取相对论磁控管，其特征在于：所述小扇形阳极叶片与上游圆环挡片通过螺
6.如权利要求5所述的一种P波段全腔提取相对论磁控管，其特征在于：所述阴极为透明阴极，包括依次连接的阴极支撑杆、若干透明阴极杆、下游阴极端帽；其中，所述阴极支撑杆的另一端连接前级加速器；若干透明阴极杆沿圆周均匀分布；所述下游端帽伸入转换段内导体中。
7.如权利要求6所述的一种P波段全腔提取相对论磁控管，其特征在于：所述下游端帽为阶梯圆柱形。
...【技术特征摘要】
1.一种p波段全腔提取相对论磁控管，包括真空腔室、阳极、阴极、轴向提取结构；
2.如权利要求1所述的一种p波段全腔提取相对论磁控管，其特征在于：所述真空腔室外壳，包括同轴且依次设置的小圆筒外壳、圆环端盖、大圆筒外壳、上游圆环挡片，以及位于大圆筒外壳轴向中部位置的真空腔室圆环档片；其中，所述第一圆筒外壳、圆环端盖、第二圆筒外壳内部腔体为阶梯圆柱状腔体；所述第一圆筒外壳的另一端连接前级加速器；所述上游圆环挡片的端面与扇形阳极叶片的上游端面相接；所述上游圆环挡片的外侧面与阳极外壳连接，内半径小于小扇形阳极叶片的外半径并大于小扇形阳极叶片的内半径。
3.如权利要求1或2所述的一种p波段全腔提取相对论磁控管，其特征在于：所述输出段外壳的内半径为0.135λ-0.1...
【专利技术属性】
技术研发人员：李天明，郑子昕，何朝雄，邓焱淋，李浩，汪海洋，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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