本发明专利技术公开了一种同轴耦合输出的太赫兹多波切伦科夫发生器，包括环形阴极和磁场线圈；环形阴极用于在高压脉冲作用下向外发射环形相对论电子束；磁场线圈用于为环形相对论电子束提供导引磁场；还包括依次设置于环形阴极后侧的双预调制腔、第一段非均匀慢波结构、漂移段、第二段非均匀慢波结构以及同轴耦合输出波导；同轴耦合输出波导一端同轴套装于漂移段和第二段非均匀慢波结构内，另一端连接于第二段非均匀慢波结构的后侧。本发明专利技术能够增强束波相互作用，同时缩短整个器件的长度，降低能量损耗，提高束波转换效率。还能够提高耦合输出效率，同时简化输出模式，有利于后续的模式转换和应用。换和应用。换和应用。
【技术实现步骤摘要】
一种同轴耦合输出的太赫兹多波切伦科夫发生器
[0001]本专利技术属于太赫兹辐射产生
，涉及一种同轴耦合输出的太赫兹多波切伦科夫发生器。
技术介绍
[0002]高功率太赫兹辐射在成像、雷达、通信、深空探测和高梯度加速等方面具有广泛的应用前景。由于真空电子器件具有相对较高的输出功率，是一种非常理想的太赫兹辐射源，因此得到了大量关注及研究。其中，太赫兹过模表面波振荡器被广泛用于产生太赫兹辐射。然而，由于将慢波结构附近的表面波转换成规则输出波导中的体波较为困难，太赫兹过模表面波振荡器的效率通常较低。
[0003]现有的太赫兹过模表面波振荡器如图1所示(Relativistic surface wave oscillator in Y
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band with large oversized structures modulated by dual reflectors[J],S.Li,J.G.Wang,and D.Y.Wang,Scientific Reports,2020,10:336,https://doi.org/10.1038/s41598
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019
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‑
9)。它包括环形阴极01、双反射器02、慢波结构03、输出波导04和磁场线圈05。环形阴极01位于结构前端，在高压脉冲作用下发射环形相对论电子束；双反射器02、慢波结构03和输出波导04依次置于环形阴极01后侧；磁场线圈05安装在整个结构的外围，用于产生约束环形相对论电子束的导引磁场。
[0004]工作时，环形阴极1发射环形相对论电子束，在磁场线圈5产生的磁场引导下，经过双反射器2，获得一定的预调制，进一步与慢波结构3中的TM
01
模表面波相互作用，表面波转化成体波从输出波导4输出。利用该技术，粒子模拟中，在二极管电压为382kV，电流为2.2kA时，如果采用理想导体，则输出功率为138MW，频率为337.7GHz，效率为16.2％，如果采用铜作为结构材料，则输出功率为41MW，效率为4.8％。
[0005]该技术采用了单段慢波结构，慢波结构周期数较多，一般为30个，这样不但会导致电磁场能量损耗较大，而且还不利于提高效率；同时，由于采用了较大的过模比，还会导致输出波导中模式较为复杂。
技术实现思路
[0006]本专利技术提供了一种同轴耦合输出的太赫兹多波切伦科夫发生器，解决了现有技术中存在的单段慢波结构的慢波结构周期数多，导致电磁场能量损耗大且效率低的问题。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种同轴耦合输出的太赫兹多波切伦科夫发生器，包括环形阴极和设置在所述环形阴极外围的磁场线圈；环形阴极用于在高压脉冲作用下向外发射环形相对论电子束；磁场线圈用于为所述环形相对论电子束提供导引磁场；
[0009]其特殊之处在于：
[0010]还包括双预调制腔、第一段非均匀慢波结构、漂移段、第二段非均匀慢波结构以及同轴耦合输出波导；
[0011]所述双预调制腔、所述第一段非均匀慢波结构、所述漂移段以及所述第二段非均匀慢波结构依次设置在所述环形阴极的后侧；
[0012]所述同轴耦合输出波导包括导体内筒和第一导体外筒；所述导体内筒一端同轴套装于所述漂移段和所述第二段非均匀慢波结构内；所述第一导体外筒同轴套装于所述导体内筒的外侧，且连接于所述第二段非均匀慢波结构的后侧。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述第一导体外筒与所述第二段非均匀慢波结构之间设有锥形导体筒；
[0014]所述锥形导体筒同轴套装于所述导体内筒的外侧，其大端与所述第二段非均匀慢波结构连接，其小端与所述第一导体外筒连接。
[0015]在一种可能的实现方式中，所述漂移段与所述导体内筒之间设置有第二导体外筒；
[0016]所述第二导体外筒同轴套装于所述导体内筒外，且与所述导体内筒固定连接。
[0017]在一种可能的实现方式中，所述第一段非均匀慢波结构由N1个周期构成，N1≥5；
[0018]所述第二段非均匀慢波结构由N2个周期构成，1≤N2≤10；
[0019]定义所述周期长为d，微波波长为λ；
[0020]所述第一段非均匀慢波结构的内半径为r
sws
，外半径为R
sws
，r
sws
＞2.5λ，R
sws
≈r
sws
+λ/8，0.3λ≤d≤0.5λ；
[0021]所述漂移段半径为R
dr
，长度为L
dr
，R
sws
≤R
dr
≤R
sws
+λ，d/2≤L
dr
≤λ；
[0022]所述导体内筒的内径为r1，所述第一导体外筒的内径为r4，所述第二导体外筒的外径为r2，第二导体外筒的内径为r3，所述第二导体外筒与第一导体外筒之间的耦合缝隙长度为L，r1≈r
sws
－λ，r
sws
＞r2＞r3≈r4＞r1，d＜L＜N2d+L
dr
。
[0023]在一种可能的实现方式中，所述导体内筒和所述第一导体外筒之间设有M个支撑块，M≥13；
[0024]所述M个支撑块绕所述导体内筒周向均匀分布。
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026]1.本专利技术采用了第一段非均匀慢波结构、漂移段以及第二段非均匀慢波结构相结合的慢波结构，能够增强束波相互作用，同时缩短整个器件的长度，降低能量损耗，提高束波转换效率。
[0027]2.本专利技术采用同轴耦合输出波导进行能量输出，能够提高耦合输出效率，同时简化输出模式，有利于后续的模式转换和应用。
附图说明
[0028]图1为现有技术的太赫兹过模表面波振荡器的结构示意图；
[0029]图2为本专利技术提供的一种同轴耦合输出的太赫兹多波切伦科夫发生器的结构示意图；
[0030]图3为本专利技术中第一段非均匀慢波结构、漂移段、第二段非均匀慢波结构和同轴耦合输出波导结构示意图；
[0031]图4为本专利技术中导体内筒与第一导体外筒的径向截面图。
[0032]附图说明：
[0033]01
‑
环形阴极，02
‑
双反射器，03
‑
慢波结构，04
‑
输出波导，05
‑
磁场线圈；
[0034]1‑
环形阴极，2
‑
双预调制腔，31
‑
第一段非均匀慢波结构，32
‑
漂移段，33
‑
第二段非均匀慢波结构，4
‑
同轴耦合输出波导，41
‑
导体内筒，42
‑
第一导体外筒，43
‑
锥形导体筒，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种同轴耦合输出的太赫兹多波切伦科夫发生器，其特征在于：包括环形阴极(1)和设置在所述环形阴极(1)外围的磁场线圈(5)；环形阴极(1)用于在高压脉冲作用下向外发射环形相对论电子束；磁场线圈(5)用于为所述环形相对论电子束提供导引磁场；其特征在于：还包括双预调制腔(2)、第一段非均匀慢波结构(31)、漂移段(32)、第二段非均匀慢波结构(33)以及同轴耦合输出波导(4)；所述双预调制腔(2)、所述第一段非均匀慢波结构(31)、所述漂移段(32)以及所述第二段非均匀慢波结构(33)依次设置在所述环形阴极(1)的后侧；所述同轴耦合输出波导(4)包括导体内筒(41)和第一导体外筒(42)；所述导体内筒(41)一端同轴套装于所述漂移段(32)和所述第二段非均匀慢波结构(33)内；所述第一导体外筒(42)同轴套装于所述导体内筒(41)的外侧，且连接于所述第二段非均匀慢波结构(33)的后侧。2.根据权利要求1所述的一种同轴耦合输出的太赫兹多波切伦科夫发生器，其特征在于：所述第一导体外筒(42)与所述第二段非均匀慢波结构(33)之间设有锥形导体筒(43)；所述锥形导体筒(43)同轴套装于所述导体内筒(41)的外侧，其大端与所述第二段非均匀慢波结构(33)连接，其小端与所述第一导体外筒(42)连接。3.根据权利要求1或2所述的一种同轴耦合输出的太赫兹多波切伦科夫发生器，其特征在于：所述漂移段(32)与所述导体内筒(41)之间设置有第二导体外筒(44)；所述第二导体外筒(44)同轴套装于所述导体内筒(41)外，且与所述导体内筒(41)固定连接。4.根据权利要求3所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖仁珍，陈坤，
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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