一种相对论磁控管频率调谐和模式转换的方法技术

本发明专利技术提供一种相对论磁控管，包括同轴设置的阴极结构、阳极结构和谐振腔，所述阳极结构包括阳极圆波导、周向均布的24个张角为5

【技术实现步骤摘要】
一种相对论磁控管频率调谐和模式转换的方法


[0001]本专利技术涉及微波真空电子器件领域，具体涉及一种相对论磁控管频率调谐和模式转换的方法。

技术介绍

[0002]相对论磁控管含有多个腔体结构，其阳极翼片结构排布在圆柱波导之内，翼片与翼片之间以一定的间隔隔开，中间抽真空。中空部分放置有阴极结构，阴极例如采用阴极发射器棒，各个发射器棒围绕圆周均匀平行放置，外加电压通过阳极翼片波导结构和透明阴极发射器柱之间施加。相对论磁控管(RMDO)采用衍射输出设计阳极腔体结构，实现不同频段和不同功率的工作模式的输出，具体地，通过施加和优化外加电压、施加和优化外加磁场，实现工作模式多样化。目前实现相对论磁控管模式切换的主要方法有在外加磁场恒定时改变外加电压或者在外加电压恒定时改变外加磁场，或者是在相对论磁控管腔体内注入射频信号，从而实现相对论磁控管工作频率的调谐。
[0003]相对论磁控管作为一种非常有潜力的窄带定向能武器的高功率微波源，具有广泛的应用前景。早在第二次世界大战中，雷达就已发挥了重要的作用，随着电子技术的发展，在电子对抗日益激烈的今天，雷达的作用日益显著。高功率的微波发射器作为雷达系统的核心，是雷达系统性能提升的关键因素。此外用于攻击电子设备所需的高功率微波定向能武器，要求其辐射峰值功率达GW级。2010年美国M.Liu和EdlSchamiloglu等提出了采用注入RF射频信号来实现高功率相对论磁控管模式切换和频率调谐的问题(Applied Physics Letters97(25):251501
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3 DOI:10.1063/1.3529463)，2012年的国防科大李伟提出了在相对论磁控管腔体内插入电解质材料实现相对论磁控管工作频率的调谐Applied Physics Letters 101(22)DOI:10.1063/1.4768691)，这些方法的提出为相对论磁控管模式切换的实现提供了可能。
[0004]高功率微波技术的瓶颈问题主要有(1)系统的小型化、便携、紧凑和低成本；(2)宽频带频率调谐和模式转换。相对论磁控管作为一种工作模式频率低于其截止频率的功率转换效率高的一种高功率微波源，可实现小型化。轴向输出结构可降低外加磁场系统，可实现其紧凑型。目前相对论磁控管的研究集中在如何降低工作模式切仑科夫辐射阈值、提高其功率容量以及宽频带频率调谐和模式转换。
[0005]中国西安交通大学刘美琴提出的S波段“蟹式”A6相对论磁控和“蟹式”A12相对论磁控管，通过缩小相对论磁控管的阳极翼片和设计其在圆波导中的排布组合实现TE11模式输出1.0GW时，其外加电压从440kV降低到400kV，外加磁场从0.43T降低到0.40T，且功率转换效率可达41％。
[0006]中国西安交通大学和美国新墨西哥大学共同提出了利用射频信号(RF)实现A6相对论磁控管不同工作模式之间切换，但这种模式转换方法中腔体内残余能量会对前级微波源造成损伤。伊朗德黑兰图西理工大学的S.M.A.Hashemi在2010年提出了在A6磁控管腔体内填充50％的介质，通过改变A6相对论磁控管腔体结构从而改变其工作模式频率，实现了
A6相对论磁控管工作频率调谐并实现单模π工作。但这种频率调谐方法使用的介质在1GW高功率的作用下容易失去功能，从而使频率调谐速度减慢或失效。此外，这项研究并未涉及到模式转换方面的研究。
[0007]在人工智能时代，电子对抗中，雷达系统要求作为其微波发射机的高功率微波源能够实现跟踪、识别、探测和躲避敌方雷达系统，同时提高自身雷达系统的抗干扰能力。因此，需要一种在不降低其紧凑性和便携性的前提下，提高工作模式的功率容量，并可实现工作模式频率调谐和模式转换的微波功率源。

技术实现思路

[0008]为解决上述问题，本专利技术提出一种A24相对论行波管，并利用相对论磁控管腔体阳极翼片结构设计及不同结构的排布组合的方案，在相同外加电压和磁场下，调整相对论磁控管阳极翼片结构的排布方式，得到不同的电磁色散特性的分布，然后在外加电压和磁场作用下产生不同的工作模式，从而实现相同外加电压和相同外加磁场下相对论磁控管工作不同工作模式转换的装置。
[0009]根据本专利技术的一个方面，提供一种相对论磁控管，包括同轴设置的阴极结构、阳极结构和谐振腔，所述阳极结构包括阳极圆波导、周向均布的24个张角为5
°
的阳极翼片，阳极翼片由此形成各张角为10
°
的24个谐振腔。
[0010]优选地，所述阳极翼片中的至少一些翼片为中间形成有镂空结构的镂空翼片，所述镂空的设置用于引入负磁导率。
[0011]优选地，所述阳极翼片和镂空翼片按规律间隔设置。
[0012]优选地，所述阳极翼片沿轴向依次包括端部、等径部和过渡部。
[0013]优选地，所述阴极结构外径和阳极翼片内径之间的距离为1.0cm～10.0cm。
[0014]根据本专利技术的另一方面，提供一种如上所述的相对论磁控管的调谐和模式转换方法，该方法包括保持施加在阴极结构和阳极结构之间的外加电压不变，通过改变外加磁场强度实现24腔相对论磁控管的工作模式调谐和模式转换。
[0015]根据本专利技术的又一方面，提供一种如上所述的相对论磁控管的调谐和模式转换方法，该方法包括保持相对论磁控管的磁场强度不变，通过改变施加在阴极结构和阳极结构之间的外加电压，实现24腔相对论磁控管的工作模式调谐和模式转换。
[0016]根据本专利技术的再一方面，提供一种如上所述的相对论磁控管的调谐和模式转换方法，通过间隔设置具有镂空翼片，实现24腔相对论磁控管的工作模式调谐和模式转换。
[0017]优选地，所述24腔相对论磁控管实现工作模式TE
51
、TE
31
、TE
41
的调谐和模式转换。
[0018]本专利技术提出的利用小型化阳极翼片，并且通过设计阳极翼片的几何结构和排布组合，实现相对论磁控管中等效介电参数的调整和优化设计，最终实现相对论磁控管中激发模式的相位调制和模式转换。当阴极发射的高能电子进入到相对论磁控管中的束
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波互作用区域中时，电子与阳极翼片的慢波结构互作用，当阳极慢波周期性结构发生改变时，阳极结构的电磁特性参数将会发生改变，阳极翼片形成的周期性慢波结构对阴极产生的高能运动电子产生的散射将会发生改变，进而改变了相对论磁控管中工作模式在角向的分布，改变了具体的工作模式。本专利技术提出的新型的24腔体相对磁控管，可实现工作模式切仑科夫辐射阈值降低、在不降低其紧凑性和便携性的前提下，提高其工作模式的功率容量，并且可
通过排布组合其阳极翼片结构，实现其工作模式频率调谐和模式转换，具有重要的实用价值。
[0019]透明阴极驱动下模式可以切换的A24相对论磁控管具有多个工作模式，且每个工作模式具有高功率短脉冲，并且频率可以调制，作为雷达的微波发射器以便使其能够躲避敌方雷达的探测和跟踪，对雷达系统性能提升本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相对论磁控管，包括同轴设置的阴极结构、阳极结构和谐振腔，其特征在于，所述阳极结构包括阳极圆波导、周向均布的24个张角为5
°
的阳极翼片和由此形成的各张角为10
°
的24个谐振腔。2.根据权利要求1所述的相对论磁控管，其特征在于，所述阳极翼片中的至少一些翼片为中间形成有镂空结构的镂空翼片，所述镂空的设置用于引入负磁导率。3.根据权利要求2所述的相对论磁控管，其特征在于，所述阳极翼片和镂空翼片按规律间隔设置。4.根据权利要求3所述的相对论磁控管，其特征在于，所述镂空翼片按30
°
，45
°
，或60
°
间隔设置。5.根据权利要求1所述的相对论磁控管，其特征在于，所述阳极翼片沿轴向依次包括端部、等径部和过渡部。6.根据权利要求1所述的相对论磁控管，其特征在于，所述阴极结构外径和阳极翼片内径之间的距离为1.0cm～10.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘美琴，李勇，刘纯亮，王耀功，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：