【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及切伦科夫辐射产生器，具体涉及一种超高功率切伦科夫辐射产生器及其频率调制方法。
技术介绍
1、实验室低功率研究已证实，对电磁波的频率、波幅和脉宽进行调制后形成捷变波形，利用“后门”耦合，电子元件和系统的电磁干扰敏感性阈值得到了显著降低，有望使高功率微波的作用距离扩展到现有水平的10倍以上。
2、现有的一种产生频率调制波形的相对论返波管，如附图1所示，该相对论返波管包括环形阴极01、介质环02、反射器04，慢波结构05，输出波导06和螺线管07。工作中，在高压脉冲下环形阴极01沿轴向向外发射环形相对论电子束03，在螺线管07产生的磁场引导下，经过反射器04，进入慢波结构05激励起电磁波，电磁波向阴极端传输，被反射器04反射后，最终从输出波导06输出。工作过程中，介质环02击穿，产生等离子体，导致高压脉冲电压随时间降低，电流增加，因而激励起的电磁波产生频率调制。
3、上述技术中，在相对论返波管中通过改变电压来获得频率调制，仅适应于工作在中等相对论电压的情况，而且相对论返波管工作点远离色散曲线的π点，耦合阻抗较低。在这种情况下，相对论返波管输出功率和转换效率相对较低，输出功率通常为0.6-0.8gw，效率低于30％，频率调制范围也较窄，为10ghz到9.6ghz。
技术实现思路
1、为了解决现有产生频率调制波形的相对论返波管输出功率低、转换效率低以及频率调制范围窄的技术问题，本专利技术提供了一种超高功率切伦科夫辐射产生器及其频率调制方法。
3、一种超高功率切伦科夫辐射产生器，其特殊之处在于：包括环形阴极和依次同轴连接在所述环形阴极后侧的同轴反射器、非均匀慢波结构、均匀慢波结构，以及同轴耦合结构和磁场线圈；
4、所述环形阴极用于在高压脉冲作用下向后产生环形相对论电子束，使得环形相对论电子束穿过同轴反射器、非均匀慢波结构后到达均匀慢波结构；
5、所述非均匀慢波结构和均匀慢波结构均为过模结构；
6、所述均匀慢波结构用于使环形相对论电子束产生群聚，从而激励起电磁波向环形阴极方向传播，使得后续的环形相对论电子束提前于非均匀慢波结构内群聚；
7、所述非均匀慢波结构的波纹幅度沿其轴向向后增加，用于对传播过程中的电磁波激起不同频率；
8、所述同轴反射器用于对不同频率的电磁波进行反射，使得不同频率的电磁波顺次耦合进入同轴耦合结构；
9、所述同轴耦合结构同轴设置在非均匀慢波结构和均匀慢波结构的内部，其侧壁上靠近同轴反射器的一端设有耦合间隙，用于使不同频率的电磁波进入同轴耦合结构并从其后侧输出；
10、所述磁场线圈设置在环形阴极、同轴反射器、非均匀慢波结构和均匀慢波结构的外围，用于向环形相对论电子束提供导引磁场。
11、进一步地，所述非均匀慢波结构和均匀慢波结构均为同轴慢波结构，二者的外导体均为波纹波导，二者的内导体均为光滑波导；
12、所述外导体的平均半径r0满足：2r0/λ>1.76，λ为微波波长；
13、所述内导体的半径r1，满足r0-r1<λ/2；
14、所述均匀慢波结构的外导体与内导体远离非均匀慢波结构的一端相连接。
15、进一步地，所述非均匀慢波结构的波纹波导外半径r3w为：
16、r3w(z)＝r0+r03[a+(1-a)(z-z3)n/(z4-z3)n]cos[2π(z-z3)/z03]
17、其中，r03和z03分别为非均匀慢波结构最大波纹幅度和波纹周期，λ/20≤r03≤λ10,z03<λ/2,a为波纹幅度控制参数，0.1≤a≤0.4，z3和z4是均匀慢波结构和均匀慢波结构的起始位置，且z4-z3＝n3z03，n3为非均匀慢波结构的波纹周期数目，满足46≤n3≤50，n为函数指数，且1≤n≤1.9。
18、进一步地，所述均匀慢波结构的波纹波导外半径r4w为：
19、r4w(z)＝r0+r04cos[2π(z-z4)/z04]
20、其中，r04和z04分别为均匀慢波结构波纹幅度和波纹周期，λ/20≤r04≤λ10。
21、进一步地，所述均匀慢波结构的波纹周期目数n4满足：5≤n4≤15。
22、进一步地，a＝0.15，r0＝73mm，r03＝2.25mm，z03＝12mm，r04＝2.25mm，z04＝12.5mm，n3＝50，n4＝11，n＝1.5。
23、进一步地，所述同轴耦合结构为同轴波导，其外导体和内导体为光滑波导；所述同轴耦合结构的外导体与非均匀慢波结构的内导体靠近同轴反射器的一端相连接，且连接端面与同轴反射器的内导体之间设有所述耦合间隙；所述同轴耦合结构的内导体与同轴反射器的内导体相连；所述同轴耦合结构的内导体上设有匹配腔，该匹配腔与所述耦合间隙对应。
24、一种上述的超高功率切伦科夫辐射产生器的频率调制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
25、步骤1、环形阴极向后产生环形相对论电子束，该环形相对论电子束在磁场线圈产生的磁场引导下，依次通过同轴反射器、非均匀慢波结构直接到达均匀慢波结构；
26、步骤2、环形相对论电子束在均匀慢波结构内产生群聚，激励起电磁波，电磁波向环形阴极方向传播，使得后续的环形相对论电子束提前于非均匀慢波结构内群聚，并在其不同的轴向位置激励起不同频率的电磁波；
27、步骤3、不同频率的电磁波依次被同轴反射器顺次耦合进入同轴耦合结构，最终从其后侧输出。
28、本专利技术的有益效果：
29、1、本专利技术提供的超高功率切伦科夫辐射产生器，采用了均为过模结构的非均匀慢波结构和均匀慢波结构，与单模结构相比，提高了器件功率容量，同时可以工作在较高的工作电压，有利于产生超高功率。
30、2、本专利技术提供的超高功率切伦科夫辐射产生器，其结构使得其工作点位于色散曲线的π点附近，耦合阻抗较高，有利于提高束波转换效率。
31、3、本专利技术提供的超高功率切伦科夫辐射产生器，环形相对论电子束在非均匀慢波结构的不同位置激励起不同频率的电磁波，同时，非均匀慢波结构的波纹幅度控制参数a的范围设置在0.1～0.4、函数指数n设置在1～1.9、波纹周期数目n3设置在46～50，这样能够使环形相对论电子束在非均匀慢波结构中获得更宽范围的频率调制。
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1.一种超高功率切伦科夫辐射产生器，其特征在于：包括环形阴极(1)和依次同轴连接在所述环形阴极(1)后侧的同轴反射器(2)、非均匀慢波结构(3)、均匀慢波结构(4)，以及同轴耦合结构(5)和磁场线圈(7)；
2.根据权利要求1所述的超高功率切伦科夫辐射产生器，其特征在于：所述非均匀慢波结构(3)和均匀慢波结构(4)均为同轴慢波结构，二者的外导体均为波纹波导，二者的内导体均为光滑波导；
3.根据权利要求2所述的超高功率切伦科夫辐射产生器，其特征在于：所述非均匀慢波结构(3)的波纹波导外半径r3w为：
4.根据权利要求3所述的超高功率切伦科夫辐射产生器，其特征在于：所述均匀慢波结构(4)的波纹波导外半径r4w为：
5.根据权利要求4所述的超高功率切伦科夫辐射产生器，其特征在于：所述均匀慢波结构(4)的波纹周期目数N4满足：5≤N4≤15。
6.根据权利要求5所述的超高功率切伦科夫辐射产生器，其特征在于：A＝0.15，r0＝73mm，r03＝2.25mm，z03＝12mm，r04＝2.25mm，z04＝12.5mm，N3＝50
7.根据权利要求6所述的超高功率切伦科夫辐射产生器，其特征在于：
8.一种权利要求1-7任一所述的超高功率切伦科夫辐射产生器的频率调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种超高功率切伦科夫辐射产生器，其特征在于：包括环形阴极(1)和依次同轴连接在所述环形阴极(1)后侧的同轴反射器(2)、非均匀慢波结构(3)、均匀慢波结构(4)，以及同轴耦合结构(5)和磁场线圈(7)；
2.根据权利要求1所述的超高功率切伦科夫辐射产生器，其特征在于：所述非均匀慢波结构(3)和均匀慢波结构(4)均为同轴慢波结构，二者的外导体均为波纹波导，二者的内导体均为光滑波导；
3.根据权利要求2所述的超高功率切伦科夫辐射产生器，其特征在于：所述非均匀慢波结构(3)的波纹波导外半径r3w为：
4.根据权利要求3所述的超高功率切伦科夫辐射产生器，其特征在于：所...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖仁珍，陈坤，程仁杰，史彦超，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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