一种X、Ku波段可调高功率微波源制造技术

本发明专利技术提供一种X、Ku波段可调高功率微波源，通过调节内导体的长度，可以改变器件工作模式，实现工作频率跨X、Ku波段转换。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波源器件
，具体的涉及一种X、Ku波段可调高功率微波源。
技术介绍
高功率微波通常是指微波脉冲峰值功率大于100MW，频率在1GHz到300GHz之间的电磁波。从20世纪70年代初出现的第一台高功率微波源以来，由于民用和军事领域广泛的应用需求，高功率微波源技术得到了迅速发展。频率可调谐是高功率微波源的重要发展方向之一，在工业和国防领域具有重要的应用价值。高功率微波源的频率调谐方式主要包括电调谐、机械调谐两种方式。电调谐指通过改变外加电压、导引磁场的大小实现工作频率调谐，机械调谐指通过改变器件电动力学结构实现工作频率调谐。电调谐方式在磁控管、回旋管等器件中应用较多，而机械调谐方式在RBWO(RelativisticBackward-WaveOscillator,RBWO)中应用较多。RBWO是一种基于切伦科夫辐射机制且已发展较为成熟的高功率微波源，其利用强流相对论电子束与慢波结构中的返向空间谐波相互作用，产生自激振荡，形成相干微波辐射，该高功率微波源具有高功率、高效率以及适合重频运行等特点，因而受到了广泛重视。Ku波段(12-18GHz)微波由于具有波长短、频谱范围宽、波束较窄、器件尺寸小等优点，广泛应用于卫星通信、卫星广播，以及国际空间站和航天飞机通信用的跟踪与数据中继卫星中。另外，Ku波段相比S、C波段，频率更高，对Pf2因子的提高具有更大的潜力。因此，对Ku波段微波的研究具有重要的实用价值。r>频率调谐RBWO研究方面，主要有以下研究机构开展了机械调频方面的相关工作。1997年，美国新墨西哥州大学的EdlSchamiloglu等人研制了一种X波段机械调频RBWO【E.Schamiloglu,C.T.Abdallah,G.T.Park,andV.S.Souvalian.ImplementationofaFrequency-agile,HighPowerBackwardWaveOsillator[C].Proc.IEEE,1997:742.】。(下文简称为现有技术1)。为了叙述的方便，将沿轴线方向上靠近阴极座的一侧称为左端，远离阴极座的一侧称为右端。该结构由阴极座、阴极、阳极外筒、截止颈、漂移段、慢波结构、反射段、微波输出口、螺线管磁场组成，整个结构关于中心轴线旋转对称。阴极座左端外接脉冲功率源的内导体，阳极外筒左端外接脉冲功率源的外导体。阴极是一个薄壁圆筒，圆筒壁的厚度仅为0.1mm，外半径R1等于电子束的半径，套在阴极座右端。截止颈呈圆盘状，内半径为R2，R2>R1。截止颈与慢波结构之间是漂移段，是一个内半径为R4，长度为L2的圆柱形结构。慢波结构由九个慢波叶片组成，每个慢波叶片的内表面均是梯形结构，左侧八个慢波叶片完全相同，左侧慢波叶片的最大外半径R4、最小内半径R5与右侧慢波叶片的最小内半径R13满足R4>R13>R5。九个慢波叶片的长度相同，均为L1，约为工作波长λ的二分之一。反射段介于慢波结构与微波输出口之间，是一个半径为R4、长度为L5的圆柱形结构。微波输出口呈圆台形，圆台左端面半径为R4，右端面半径为R6。在该RBWO运行中，阴极产生的相对论电子束与慢波结构决定的TM01模式的电磁波进行束波相互作用，产生的高功率微波从微波输出口输出。实验中，通过调节截止颈到慢波结构的距离L2、慢波结构到反射段的距离L5，得到了半功率点处频率调谐带宽约5％、中心频率9.5GHz的结果。该方案通过同时调节漂移段的长度L2、反射段的长度L5实现对工作频率调节，慢波结构等部件需要配合沿轴向前后移动，调节方式复杂；只在X波段一个波段(对应一个工作模式)实现调谐带宽约5％的频率调节，无法实现跨波段调节，调节范围较窄。2011年，西北核技术研究所的宋玮等人研究了RBWO的双机械调谐法【WeiSong,XiaoweiZhang,ChanghuaChen,etal.EnhancingFrequencyTuningAbilityofanImprovedRelativisticBackwardWaveOscillator[J].Proc.oftheAsia-PacificMicrowaveConference2011:283.】。(下文简称为现有技术2)。该结构由阴极座、阴极、阳极外筒、截止颈、前置反射腔、漂移段、慢波结构、微波输出口、螺线管磁场、提取腔组成，整个结构关于中心轴线旋转对称。阴极座左端外接脉冲功率源的内导体，阳极外筒左端外接脉冲功率源的外导体。阴极是一个薄壁圆筒，壁厚仅为0.1mm，外半径R1等于电子束的半径，套在阴极座右端。截止颈呈圆盘状，内半径为R2，R2>R1。前置反射腔呈圆盘状，内半径等于截止颈内半径R2，外半径R7满足R7>R2。漂移段是一个半径为R2、长度为L2的圆柱形结构。慢波结构由六个相同的慢波叶片组成，每个慢波叶片的内表面均是梯形结构，最大外半径R4、最小内半径R5，长度为L1，约为工作波长λ的二分之一。提取腔介于慢波结构与微波输出口之间，是一个外半径为R8、长度为L4的圆盘形结构。提取腔右端与阳极外筒之间的圆环空间为微波输出口。在该RBWO运行中，阴极产生的相对论电子束与慢波结构决定的TM01模式的电磁波进行束波相互作用，产生的高功率微波从微波输出口输出。数值仿真中，通过改变前置反射腔至慢波结构的距离L2、提取腔的宽度L4，得到了调谐带宽约8％、中心频率9.6GHz、功率效率约33％的结果。该方案通过同时调节漂移段的长度L2、提取腔的宽度L4实现对工作频率调节，慢波结构等部件需要配合沿轴向前后移动，调节方式复杂；只在X波段一个波段(对应一个工作模式)实现调谐带宽约8％的频率调节，无法实现跨波段调节，调节范围较窄。2011年，国防科技大学葛行军等人专利技术了“紧凑型低频段频率可调相对论返波振荡器”(CN102208315A，2011-10-5)。(下文简称为现有技术3)。该结构由阴极座、阴极、阳极外筒、截止颈、慢波结构、内导体、收集极、微波输出口、螺线管磁场、支撑杆、模式转换器、辐射口和密封板组成，整个结构关于中心轴线旋转对称。阴极座左端外接脉冲功率源的内导体，阳极外筒左端外接脉冲功率源的外导体。阴极是一个薄壁圆筒，壁厚仅为0.1mm，外半径R1等于电子束的半径，套在阴极座右端。截止颈呈圆盘状，内半径为R2，R2>R1。慢波结构由五个慢波叶片组成，每个慢波叶片的内表面均是梯形结构，梯形结构的最大外半径R4与最小内半径R5满足R4>R5>R2，梯形结构的长度L1约为工作波长λ的二分之一。内导体是一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种X、Ku波段可调高功率微波源，包括依序嵌设于阳极外筒内的截止颈、前置反射腔和慢波结构以及设置在所述阳极外筒内的阴极座和阴极，其特征在于，还包括用于调节输出微波频率和功率的内导体和收集极，所述内导体设置于所述阳极外筒内，所述内导体的一端在所述阳极外筒内延伸，另一端固定连接于所述收集极上；所述收集极上开设有L形凹槽，所述L形凹槽为一端敞口的环形槽；所述内导体的长度为L6，随着L6的改变，所输出微波的频率和功率改变。

【技术特征摘要】
1.一种X、Ku波段可调高功率微波源，包括依序嵌设于阳极外筒内的截止颈、前置反射腔和
慢波结构以及设置在所述阳极外筒内的阴极座和阴极，其特征在于，还包括用于调节输出
微波频率和功率的内导体和收集极，所述内导体设置于所述阳极外筒内，所述内导体的一
端在所述阳极外筒内延伸，另一端固定连接于所述收集极上；所述收集极上开设有L形凹
槽，所述L形凹槽为一端敞口的环形槽；
所述内导体的长度为L6，随着L6的改变，所输出微波的频率和功率改变。
2.根据权利要求1所述的X、Ku波段可调高功率微波源，其特征在于，所述L6的取值范围
为0～11.7cm。
3.根据权利要求2所述的X、Ku波段可调高功率微波源，其特征在于，所述L6在0～8.4cm
范围内调节时，输出X波段微波，该波段内的频率调节带宽约为1％；
所述L6在8.5-11.7cm范围内调节时，输出Ku波段微波，该波段内频率调节带宽约为
1％。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的X、Ku波段可调高功率微波源，其特征在于，所述L
形凹槽包括上部槽体和下部槽体，所述上部槽体的截面宽度小于所述下部槽体截面的...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛行军，贺军涛，李明珠，张军，张强，张庆林，周冠卿，张兴，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43