一种超材料慢波结构制造技术

本发明专利技术公开一种超材料慢波结构

【技术实现步骤摘要】
一种超材料慢波结构、相对论返波管及调谐方法


[0001]本专利技术涉及微波真空电子器件领域
。
更具体地，涉及一种超材料慢波结构
、
相对论返波管及调谐方法
。

技术介绍

[0002]基于超材料的相对论返波管含有多个慢波结构，其超材料阳极慢波结构通过圆柱型金属棒链接在圆柱波导之内，超材料单元与单元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，阴极例如采用环形注阴极发射器，整个发射器柱围绕圆周均匀平行放置，外加电压通过阳极超材料慢波波导结构和环形阴极发射柱之间施加
。
相对论磁控管
(RBWO)
采用圆波导输出设计阳极慢波结构，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，实现工作模式多频率化
。
目前实现相对论返波管频率调谐的主要方法有施加外加注入信号实现频率牵引，或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，从而实现相对论返波管工作频率的调谐
。
[0003]相对论返波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
。RBWO
采用切伦科夫辐射机制，在慢波结构中，电子束一边产生群聚，一边将能量交给电磁场，是一种分布式相互作用，功率容量较高，转换效率高的优势
。
随着电子技术的发展，在电子对抗日益激烈的今天，轻小型高功率微波源用于攻击电子设备所需的高功率微波定向能武器，要求其频率可调谐用于躲避敌方雷达的探测和跟踪
。
[0004]2023
年国防科技大学皮明瑶等提出了一种基于超材料的
L
‑
波段高功率低磁场微波振荡器，其中输出功率可达
718MW
，功率转换效率
51.3
％，磁场约为
1T
，工作在
1.49GHz
，并进一步探索了基于超材料的微波振荡器功率容量与结构参数的关联
。
[0005]高功率微波技术的瓶颈问题主要是系统的小型化
、
便携
、
紧凑和低成本；以及频率调谐
。
目前基于超材料的相对论返波管低频段的研究集中在如何降低工作模式切仑科夫辐射阈值
、
提高其功率容量和转换效率以及频率调谐
。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种超材料慢波结构
、
相对论返波管及调谐方法，以解决现有技术存在的问题中的至少一个
。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0008]本专利技术第一方面提供一种超材料慢波结构，该慢波结构包括
[0009]圆波导；以及
[0010]等间距设置在所述圆波导内的多个回旋超材料单元，
[0011]所述回旋超材料单元为同轴圆环，其具有沿轴向镜像设置的双螺旋线镂空结构，所述回旋超材料单元的磁导率为负且介电常数为正或负
。
[0012]可选地，所述慢波结构进一步包括将所述多个回旋超材料单元轴向固定的支撑杆
和将所述回旋超材料单元沿径向固定支撑柱
。
[0013]可选地，所述回旋超材料单元的个数为4‑
10。
[0014]可选地，所述双螺旋线镂空结构中螺旋线线宽为
0.1
‑
0.3cm
，双螺旋线顶端之间的夹角为
14
‑
26
°
。
[0015]可选地，所述圆波导的内半径为
3.0
‑
5.0cm
，所述回旋超材料单元的外半径为
2.5
‑
4.0cm
，内半径为
2.0
‑
3.6cm。
[0016]可选地，所述圆波导的内半径为
4.01cm
，慢波结构的长度为
16.9cm
，回旋超材料单元的长度为
1.5
‑
2cm
，外半径为
3.21cm
，内半径为
2.11cm
，所述夹角为
25
°
；或者
[0017]所述圆波导的内半径为
4.01cm
，慢波结构的长度为
16.9cm
，回旋超材料单元的长度为
1.5
‑
2cm
，外半径为
3.71cm
，内半径为
2.61cm
，所述夹角为
20
°
。
[0018]可选地，所述双螺旋线顶端之间的夹角为
20
°
，双螺旋线镂空结构中螺旋线线宽为
0.25cm
；或者
[0019]所述双螺旋线顶端之间的夹角为
20
°
，双螺旋线镂空结构中螺旋线线宽为
0.15cm。
[0020]本专利技术第二方面提供一种相对论返波管，该返波管包括同轴设置的阴极组件
、
超材料慢波结构和阳极结构
。
[0021]可选地，所述返波管为
TM
01
工作模式
。
[0022]本专利技术第三方面提供一种相对论返波管的调谐方法，该方法包括：
[0023]通过改变外加工作电压实现所述返波管
TM
01
工作模式的频率调谐；或者
[0024]通过改变双螺旋线镂空结构中双螺旋线顶端之间的夹角实现所述返波管
TM
01
工作模式的频率调谐；和
/
或
[0025]通过改变双螺旋线镂空结构中螺旋线线宽实现所述返波管
TM
01
工作模式的频率调谐；和
/
或
[0026]通过改变回旋超材料单元的内半径与外半径实现所述返波管
TM
01
工作模式的频率调谐
。
[0027]本专利技术的有益效果如下：
[0028]本专利技术采用回旋超材料单元结构，通过慢波结构中周期性排布的多个回旋超材料单元，工作频率低于截止频率，在小磁场且磁场不变的情况下实现了小型化并提高了功率转换效率，提高功率容量且能够实现
TM
01
模式
10MHz
频带频率调谐；轴向输出结构可降低外加磁场系统，可实现其紧凑型；本专利技术通过改变相对论返波管的外加工作电压或双螺旋线镂空结构中双螺旋线顶端之间的夹角或螺旋线线宽，实现返波管
TM
01
工作模式的频率调谐及对应的功率转换效率的调谐
。
附图说明
[0029]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明
。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超材料慢波结构，其特征在于，包括圆波导；以及等间距设置在所述圆波导内的多个回旋超材料单元，所述回旋超材料单元为同轴圆环，其具有沿轴向镜像设置的双螺旋线镂空结构，所述超材料单元的磁导率为负且介电常数为正或负
。2.
根据权利要求1所述的慢波结构，其特征在于，所述慢波结构进一步包括将所述多个回旋超材料单元沿轴向固定的支撑杆和将所述回旋超材料单元沿径向固定的支撑柱
。3.
根据权利要求1所述的慢波结构，其特征在于，所述回旋超材料单元的个数为4‑
10。4.
根据权利要求1所述的慢波结构，其特征在于，所述双螺旋线镂空结构中螺旋线线宽为
0.1
‑
0.3cm
，双螺旋线顶端之间的夹角为
14
‑
26
°
。5.
根据权利要求4所述的慢波结构，其特征在于，所述圆波导的内半径为
3.0
‑
5.0cm
，所述回旋超材料单元的外半径为
2.5
‑
4.0cm
，内半径为
2.0
‑
3.6cm。6.
根据权利要求4所述的慢波结构，其特征在于，所述圆波导的内半径为
4.01cm
，慢波结构的长度为
16.9cm
，回旋超材料单元的长度为
1.5
‑
2cm
，外半径为
3.21cm
，内半径为
2.11cm
，所述夹角为
25
°
；或者所述圆波导的内半径为
4.01cm
，慢波...

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