一种使用复合微调磁场的切伦科夫振荡器制造技术

本发明专利技术涉及一种使用复合微调磁场的切伦科夫振荡器，本发明专利技术包括振荡器腔体和振荡器腔体外侧环绕设置的复合微调磁场，复合微调磁场包括正向螺线管外磁场和微调磁场系统，微调磁场系统位于正向螺线管外磁场和振荡器腔体之间，微调磁场系统包括第一正向螺线管微调磁场、第二正向螺线管微调磁场和负向螺线管微调磁场，振荡器腔体包括提取腔，提取腔的外侧环绕设置有负向螺线管微调磁场，负向螺线管微调磁场两侧分别环绕设置有第一正向螺线管微调磁场和第二正向螺线管微调磁场，本发明专利技术在磁场设计中采用复合异性螺线管磁场结合的磁场模型并优选设计，改变了磁力线位形，进而改变了电子束运行轨迹。该种设计保证了电子束与外腔体间距的同时，用局部磁场改变电子束位形的方法降低了电子束与提取腔的距离，提高了微波提取效率。取效率。取效率。

【技术实现步骤摘要】
一种使用复合微调磁场的切伦科夫振荡器


[0001]本专利技术涉及高功率微波
的微波源器件，尤其是一种使用复合微调磁场提高提取效率的切伦科夫振荡器，属于高功率微波


技术介绍

[0002]高功率微波通常是指峰值功率大于100MW，频率在1GHz
‑
300GHz的电磁波，高功率微波技术是伴随着脉冲功率技术与等离子体物理学及电真空技术的发展而新兴的一个研究领域。在等离子体加热、高功率雷达、粒子射频加速以及未来空间能源的利用方面有着光明的应用前景。
[0003]高功率微波源是高功率微波系统的核心器件，其运行是基于电子束的相干辐射。电子束的相干辐射机理分为切伦科夫辐射、渡越辐射、轫致辐射三类。基于切伦科夫辐射机理的高功率微波源主要为相对论切伦科夫振荡器和相对论切伦科夫放大器。基于渡越辐射机理的高功率微波源主要为相对论速调管振荡器和相对论速调管放大器。基于轫致辐射机理的高功率微波源主要为自由电子激光、虚阴极等。
[0004]相对论切伦科夫振荡器是目前最有潜力的高功率微波源器件之一。它利用相对论电子束与慢波结构中的电磁波模式(结构波)相互作用，产生自身振荡和放大，形成相干微波辐射，具有高功率、高效率以及适合重复频率工作等特点。
[0005]一般来说，对于工作在TM01模的相对论切伦科夫振荡器，离外导体越近，横向电场越强，故一般器件设计时环形电子束较为靠近外导体，但是由于外导体电势为0，电子束带几十～几百千伏负电，如果电子束与外导体距离过近，电子束就会在强电势差的作用下，突破导引磁场的约束，违背设计预期提前击打在外导体上，导致效率降低。
[0006]根据研究发现，提取结构对提高切伦科夫振荡器的电磁波提取效率起较大作用，提取结构一般提取结构位于慢波结构后方，利用谐振腔原理在腔内形成特定频率的驻波，当群聚的电子束通过时，腔内强驻波将电子束的动能转化为电磁波的能量。但是由上段所述，由于电子束与提取腔间的距离受较大制约，导致微波提取效率受到影响。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是：本专利技术提供一种使用复合微调磁场提高提取效率的切伦科夫振荡器。本专利技术在磁场设计中采用复合异性螺线管磁场结合的磁场模型并优选设计，改变了磁力线位形，进而改变了电子束运行轨迹。该种设计保证了电子束与外腔体间距的同时，用局部磁场改变电子束位形的方法降低了电子束与提取腔的距离，提高了微波提取效率。给提高切伦科夫振荡器微波输出效率提出了一种新的思路，且该结构简单、易于加工。
[0008]本专利技术的技术解决方案是：本专利技术为一种使用复合微调磁场的切伦科夫振荡器，其特殊之处在于：所述使用复合微调磁场的切伦科夫振荡器包括振荡器腔体和振荡器腔体外侧环绕设置的复合微调磁场，复合微调磁场包括正向螺线管外磁场和微调磁场系统，微
调磁场系统位于正向螺线管外磁场和振荡器腔体之间，微调磁场系统包括第一正向螺线管微调磁场、第二正向螺线管微调磁场和负向螺线管微调磁场，振荡器腔体包括提取腔，提取腔的外侧环绕设置有负向螺线管微调磁场，负向螺线管微调磁场两侧分别环绕设置有第一正向螺线管微调磁场和第二正向螺线管微调磁场，负向螺线管微调磁场、第一正向螺线管微调磁场和第二正向螺线管微调磁场位于振荡器腔体和正向螺线管外磁场之间。
[0009]进一步的，正向螺线管外磁场分为三部分，第一部分正向螺线管外磁场是长为L
m1
，外半径为R
m2
，内半径为R
m5
的螺线管磁场，第二部分正向螺线管外磁场是长为L
m2
，外半径为R
m5
，内半径为R
m1
的螺线管磁场，第三部分正向螺线管外磁场是长为L
m1
，外半径为R
m2
，内半径为R
m5
的螺线管磁场，第一部分正向螺线管外磁场和第三部分正向螺线管外磁场分别环绕设置在第二部分正向螺线管外磁场两端。
[0010]进一步的，第一正向螺线管微调磁场是长为L
m3
，外半径为R
m1
，内半径为R
m3
的螺线管磁场；第二正向螺线管微调磁场是长为L
m3
，外半径为R
m1
，内半径为R
m3
的螺线管磁场；负向螺线管微调磁场是长为L
m4
，外半径为R
m1
，内半径为R
m4
的螺线管磁场。
[0011]进一步的，振荡器腔体包括从左到右依次设置的阳极外筒、截止颈、谐振反射腔、慢波结构、提取腔和输出波导；阳极外筒内设置有阴极。
[0012]进一步的，阴极是一个薄壁圆筒，其壁厚为2mm，内半径R1等于电子束半径，阳极外筒是一个内半径为R2的金属壳体，所述截止颈呈圆盘状，内半径为R3，R3＞R1，长度为L2，截止颈与阴极之间的长度L1为阴阳极间距，L1大于2cm，谐振反射腔呈圆盘状，内半径R3和外半径R4满足R4＞R3，长度L3取值为工作波长λ的0.4
‑
0.5倍；距离谐振反射腔长度为L4处为慢波结构，L4取值为工作波长λ的0.2
‑
0.3倍。
[0013]进一步的，慢波结构由6个梯形慢波叶片排列组成，每两个梯形慢波叶片之间均是由长度均为L7，内半径均为R3的圆环连接，6个梯形慢波叶片中，第一个慢波叶片为直角梯形，其梯形的上底长度为L5，斜边宽度为L6，该慢波叶片外半径为R5；第二、三、五个慢波叶片为等腰梯形，梯形的上底长度均为L5，斜边宽度均为L6，慢波叶片外半径分别为R6、R7、R9，满足R9>R7>R6；第四个梯形慢波叶片，上底长度为L8，满足L8>L5，斜边宽度为L6，慢波叶片外半径为R8，满足R8>R9；第六个慢波叶片也为直角梯形，其梯形上底长度同样为L5，斜边宽度为L6，慢波叶片外半径为R
10
，满足R8>R
10
>R9，L5和L7取值为工作波长λ的0.1倍。
[0014]进一步的，慢波结构后慢接一段内半径为R3、长为L9的漂移段，L9取值为工作波长λ的0.8至1倍；漂移段后接提取腔，提取腔呈圆盘状，外半径为R
11
，长度为L
10
，满足R
11
>R8，其深度为提取腔外半径R
11
和漂移段内半径R3的差值。
[0015]进一步的，提取腔后接后接提取腔后接半径为漂移段内半径R3的输出波导。
[0016]进一步的，螺线管外磁场的最小半径不应小于R
m1
，且满足R
m1
>R2。
[0017]进一步的，阳极外筒、截止颈、谐振反射腔、慢波结构、提取腔和输出波导均采用无磁不锈钢制成，阴极采用石墨制成，正向螺线管外磁场、第一正向螺线管微调磁场、负向螺线管微调磁场本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用复合微调磁场的切伦科夫振荡器，其特征在于：所述使用复合微调磁场的切伦科夫振荡器包括振荡器腔体和振荡器腔体外侧环绕设置的复合微调磁场，所述复合微调磁场包括正向螺线管外磁场和微调磁场系统，所述微调磁场系统位于正向螺线管外磁场和振荡器腔体之间，所述微调磁场系统包括第一正向螺线管微调磁场、第二正向螺线管微调磁场和负向螺线管微调磁场，所述振荡器腔体包括提取腔，提取腔的外侧环绕设置有负向螺线管微调磁场，所述负向螺线管微调磁场两侧分别环绕设置有第一正向螺线管微调磁场和第二正向螺线管微调磁场。2.根据权利要求1所述的使用复合微调磁场的切伦科夫振荡器，其特征在于：所述正向螺线管外磁场分为三部分，第一部分正向螺线管外磁场是长为L
m1
，外半径为R
m2
，内半径为R
m5
的螺线管磁场，第二部分正向螺线管外磁场是长为L
m2
，外半径为R
m5
，内半径为R
m1
的螺线管磁场，第三部分正向螺线管外磁场是长为L
m1
，外半径为R
m2
，内半径为R
m5
的螺线管磁场，所述第一部分正向螺线管外磁场和第三部分正向螺线管外磁场分别环绕设置在第二部分正向螺线管外磁场两端。3.根据权利要求2所述的使用复合微调磁场的切伦科夫振荡器，其特征在于：所述第一正向螺线管微调磁场是长为L
m3
，外半径为R
m1
，内半径为R
m3
的螺线管磁场；所述第二正向螺线管微调磁场是长为L
m3
，外半径为R
m1
，内半径为R
m3
的螺线管磁场；所述负向螺线管微调磁场是长为L
m4
，外半径为R
m1
，内半径为R
m4
的螺线管磁场。4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的使用复合微调磁场的切伦科夫振荡器，其特征在于：所述振荡器腔体包括从左到右依次设置的阳极外筒、截止颈、谐振反射腔、慢波结构、提取腔和输出波导；所述阳极外筒内设置有阴极。5.根据权利要求4所述的使用复合微调磁场的切伦科夫振荡器，其特征在于：所述阴极是一个薄壁圆筒，其壁厚为2mm，内半径R1等于电子束半径，所述阳极外筒是一个内半径为R2的金属壳体，所述截止颈呈圆盘状，内半径为R3，R3＞R1，长度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄超，雷杰，谈杰，
申请(专利权)人：四川航浩科技有限公司，
类型：发明
国别省市：