一種永磁包裝相對論磁控管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高功率微波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種永磁包裝相對論磁控管，本發(fā)明可以應(yīng)用于高功率微波技術(shù)領(lǐng)域的微波產(chǎn)生系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]上世紀(jì)70年代以來，隨著等離子體技術(shù)、脈沖功率技術(shù)的進步以及計算機粒子模擬軟件的發(fā)展，高功率微波技術(shù)迅速地發(fā)展起來，尤其是在高功率微波源的研制方面取得了極大的進展，先后出現(xiàn)了很多種不同類型的高功率微波源。其中絕大部分高功率微波源的工作原理都是利用相對論電子束與微波腔體相互作用產(chǎn)生高功率微波輸出，一般來說需要外加磁場約束電子束傳輸。常見的磁場實現(xiàn)方式為螺線管磁場，龐大的電源系統(tǒng)極大地增加了整個系統(tǒng)的體積和重量，而且消耗了大量的能量，降低了高功率微波源的總體能量效率。此外，在重復(fù)脈沖工作的時候，電磁系統(tǒng)還需要冷卻和保護裝置，進一步增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，從而極大的限制了它的應(yīng)用范圍。
[0003]相對于電磁系統(tǒng)，永磁系統(tǒng)具有體積小、重量輕、不消耗能量而且能夠提供穩(wěn)定的磁場等優(yōu)點，故發(fā)展永磁包裝技術(shù)是高功率微波源實用化的重要手段之一。在永磁包裝高功率微波源中，永磁體規(guī)模決定于勵磁空間尺寸和磁場強度兩個因素。因此，為了實現(xiàn)高功率微波源的永磁包裝，需要盡量減小微波源的尺寸并降低其運行磁場。
[0004]相對論磁控管(RM)是最有效的高功率微波源之一。由于它結(jié)構(gòu)簡單、運行磁場低、具備高功率與重復(fù)脈沖工作的能力，同時也具備多管鎖相工作合成輸出更大功率的潛能，因而在國際上受到廣泛重視。目前的研宄重點是盡量提高相對論磁控管的效率，并縮小系統(tǒng)的體積和重量以適應(yīng)多種小型化應(yīng)用需求。圍繞這一需求，各國學(xué)者進行了大量研宄，其中透明陰極和衍射輸出結(jié)構(gòu)是相對論磁控管提高效率方面最廣泛的兩種手段。運用粒子模擬軟件，美國新墨西哥大學(xué)的Mikhail.1.Fuks小組開展了帶透明陰極的衍射輸出相對論磁控管設(shè)計，設(shè)計結(jié)果在2.45GHz頻率上，輸出功率達到1.4GW，效率達到70%。稍顯不足的是，在尺寸方面，衍射輸出磁控管漸變輸出口尺寸較大，增大了磁體小型化設(shè)計的難度。
[0005]相對論磁控管小型化研宄方面另一個代表性工作是Greenwood和Hoff等人提出的一種全腔提取軸向輸出結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)將磁控管相鄰諧振腔耦合孔以沿中心線對稱的形式與一個扇形輸出波導(dǎo)相連，當(dāng)磁控管工作在π模時，扇形輸出波導(dǎo)中將激勵起TE11模。與傳統(tǒng)徑向輸出磁控管相比，這種結(jié)構(gòu)具有對稱輸出的特點，對磁控管工作狀態(tài)影響較小。由于輸出微波沿扇形波導(dǎo)軸向傳輸，器件徑向尺寸較小，有利于磁控管的磁體設(shè)計并實現(xiàn)小型化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了實現(xiàn)輕小型化高功率微波源設(shè)計，以滿足多種移動應(yīng)用平臺需求，本發(fā)明公開了一種基于全腔提取軸向輸出技術(shù)的永磁包裝相對論磁控管結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有微波起振速度快、輸出功率高以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊的特點。
[0007]為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種永磁包裝相對論磁控管，所述磁控管為全腔提取軸向輸出結(jié)構(gòu)，由陰極、陽極外筒以及軸向提取結(jié)構(gòu)組成；包括若干個環(huán)狀的永磁鐵，一部分永磁鐵套在陽極外筒上，另一部分永磁鐵套在陽極外筒內(nèi)的陰極上，永磁鐵與磁控管同軸心設(shè)置。
[0008]在上述技術(shù)方案中，套在陽極外筒上的永磁鐵的內(nèi)徑等于陽極外筒的外徑，且每一個永磁鐵的大小形狀一致。
[0009]在上述技術(shù)方案中，套在陽極外筒上的永磁鐵的軸向位置為相對論磁控管的互作用區(qū)域中心。
[0010]在上述技術(shù)方案中，套在陽極外筒內(nèi)的陰極上的永磁鐵的外徑等于陽極外筒的內(nèi)徑，永磁鐵的內(nèi)徑大于陰極的外徑，且每一個永磁鐵的大小形狀一致。
[0011 ] 在上述技術(shù)方案中，套在陽極外筒內(nèi)的陰極上的永磁鐵軸向位置中心與相對論磁控管互作用區(qū)域中心重合。
[0012]在上述技術(shù)方案中，套在陽極外筒上的永磁鐵與套在陰極上的永磁鐵的數(shù)量一致，且陽極外筒內(nèi)外的永磁鐵位置—對應(yīng)。
[0013]在上述技術(shù)方案中，陽極外筒內(nèi)外的永磁鐵在垂直于磁控管軸線方向上部分重置。
[0014]在上述技術(shù)方案中，所述磁控管的陰極為三根金屬桿組成的透明陰極，陽極帶有六個諧振腔，提取結(jié)構(gòu)采用六個徑向耦合孔與三個扇形波導(dǎo)相結(jié)合，三個扇形波導(dǎo)沿角向均勻分布在六個諧振腔的外部，六個耦合孔分別位于六個諧振腔與其相鄰的扇形波導(dǎo)的公共壁上。
[0015]本發(fā)明的永磁包裝相對論磁控管的工作原理是:陰陽極間加上高壓電脈沖后形成的徑向電場，與外部和內(nèi)嵌的永磁磁鐵所形成的軸向磁場正交，由陰極發(fā)射的電子在該正交電磁場作用下沿角向漂移，形成電子輪輻；當(dāng)電子輪輻在互作用空間的旋轉(zhuǎn)與高頻場的相速同步時，電子與高頻場間發(fā)生換能，產(chǎn)生高功率微波；高功率微波通過諧振腔和扇形波導(dǎo)公共壁上的耦合孔，分別由相鄰的兩諧振腔體以沿中心線對稱的兩孔耦合的形式進入一個扇形波導(dǎo)，由于相鄰的諧振腔中微波相位相差180°，故通過合理設(shè)計耦合孔的位置及形狀大小，相鄰的兩個諧振腔中的微波經(jīng)由各自的壁上的耦合孔，將在扇形波導(dǎo)中激勵起類TElO模，此時微波由扇形波導(dǎo)傳輸出去。三個扇形波導(dǎo)通過同軸波導(dǎo)進一步合成，最后經(jīng)末端圓錐過渡，由圓波導(dǎo)端口最后輸出。
[0016]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的永磁磁鐵采用內(nèi)嵌和外部加載相結(jié)合的辦法，增大了永磁體均勻區(qū)尺寸，部分永磁磁鐵嵌于磁控管內(nèi)部，充分利用了磁控管的內(nèi)部空間，使得整個永磁包裝結(jié)構(gòu)較為緊湊。該永磁包裝結(jié)構(gòu)能長時間穩(wěn)定的為相對論磁控管提供所需均勻磁場，使其工作產(chǎn)生吉瓦級的高功率微波輸出。該種永磁包裝相對論磁控管能很好地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)緊湊或重復(fù)頻率運行的高功率微波系統(tǒng)之中。
【附圖說明】
[0017]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
圖1是本發(fā)明的實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1中內(nèi)嵌永磁磁鐵一和外部永磁磁鐵二結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是圖1中相對論磁控管示意圖；
圖4是圖3中磁控管的截面示意圖；
圖5是圖1中永磁磁鐵的磁場分布圖；
圖6是永磁包裝相對論磁控管輸出結(jié)果圖；
圖中，1.內(nèi)嵌永磁磁鐵I1.外部永磁磁鐵II1.相對論磁控管。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明的永磁包裝相對論磁控管，由外部永磁磁鐵、內(nèi)嵌永磁磁鐵和相對論磁控管組成。其中外部永磁磁鐵和內(nèi)嵌永磁磁鐵采用具有高的剩余磁感應(yīng)強度和高的矯頑力的