一種X、Ku波段可調高功率微波源制造技術

本發明專利技術提供一種X、Ku波段可調高功率微波源，通過調節內導體的長度，可以改變器件工作模式，實現工作頻率跨X、Ku波段轉換。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及微波源器件
，具體的涉及一種X、Ku波段可調高功率微波源。
技術介紹
高功率微波通常是指微波脈沖峰值功率大于100MW，頻率在1GHz到300GHz之間的電磁波。從20世紀70年代初出現的第一臺高功率微波源以來，由于民用和軍事領域廣泛的應用需求，高功率微波源技術得到了迅速發展。頻率可調諧是高功率微波源的重要發展方向之一，在工業和國防領域具有重要的應用價值。高功率微波源的頻率調諧方式主要包括電調諧、機械調諧兩種方式。電調諧指通過改變外加電壓、導引磁場的大小實現工作頻率調諧，機械調諧指通過改變器件電動力學結構實現工作頻率調諧。電調諧方式在磁控管、回旋管等器件中應用較多，而機械調諧方式在RBWO(RelativisticBackward-WaveOscillator,RBWO)中應用較多。RBWO是一種基于切倫科夫輻射機制且已發展較為成熟的高功率微波源，其利用強流相對論電子束與慢波結構中的返向空間諧波相互作用，產生自激振蕩，形成相干微波輻射，該高功率微波源具有高功率、高效率以及適合重頻運行等特點，因而受到了廣泛重視。Ku波段(12-18GHz)微波由于具有波長短、頻譜范圍寬、波束較窄、器件尺寸小等優點，廣泛應用于衛星通信、衛星廣播，以及國際空間站和航天飛機通信用的跟蹤與數據中繼衛星中。另外，Ku波段相比S、C波段，頻率更高，對Pf2因子的提高具有更大的潛力。因此，對Ku波段微波的研究具有重要的實用價值。r>頻率調諧RBWO研究方面，主要有以下研究機構開展了機械調頻方面的相關工作。1997年，美國新墨西哥州大學的EdlSchamiloglu等人研制了一種X波段機械調頻RBWO【E.Schamiloglu,C.T.Abdallah,G.T.Park,andV.S.Souvalian.ImplementationofaFrequency-agile,HighPowerBackwardWaveOsillator[C].Proc.IEEE,1997:742.】。(下文簡稱為現有技術1)。為了敘述的方便，將沿軸線方向上靠近陰極座的一側稱為左端，遠離陰極座的一側稱為右端。該結構由陰極座、陰極、陽極外筒、截止頸、漂移段、慢波結構、反射段、微波輸出口、螺線管磁場組成，整個結構關于中心軸線旋轉對稱。陰極座左端外接脈沖功率源的內導體，陽極外筒左端外接脈沖功率源的外導體。陰極是一個薄壁圓筒，圓筒壁的厚度僅為0.1mm，外半徑R1等于電子束的半徑，套在陰極座右端。截止頸呈圓盤狀，內半徑為R2，R2>R1。截止頸與慢波結構之間是漂移段，是一個內半徑為R4，長度為L2的圓柱形結構。慢波結構由九個慢波葉片組成，每個慢波葉片的內表面均是梯形結構，左側八個慢波葉片完全相同，左側慢波葉片的最大外半徑R4、最小內半徑R5與右側慢波葉片的最小內半徑R13滿足R4>R13>R5。九個慢波葉片的長度相同，均為L1，約為工作波長λ的二分之一。反射段介于慢波結構與微波輸出口之間，是一個半徑為R4、長度為L5的圓柱形結構。微波輸出口呈圓臺形，圓臺左端面半徑為R4，右端面半徑為R6。在該RBWO運行中，陰極產生的相對論電子束與慢波結構決定的TM01模式的電磁波進行束波相互作用，產生的高功率微波從微波輸出口輸出。實驗中，通過調節截止頸到慢波結構的距離L2、慢波結構到反射段的距離L5，得到了半功率點處頻率調諧帶寬約5％、中心頻率9.5GHz的結果。該方案通過同時調節漂移段的長度L2、反射段的長度L5實現對工作頻率調節，慢波結構等部件需要配合沿軸向前后移動，調節方式復雜；只在X波段一個波段(對應一個工作模式)實現調諧帶寬約5％的頻率調節，無法實現跨波段調節，調節范圍較窄。2011年，西北核技術研究所的宋瑋等人研究了RBWO的雙機械調諧法【WeiSong,XiaoweiZhang,ChanghuaChen,etal.EnhancingFrequencyTuningAbilityofanImprovedRelativisticBackwardWaveOscillator[J].Proc.oftheAsia-PacificMicrowaveConference2011:283.】。(下文簡稱為現有技術2)。該結構由陰極座、陰極、陽極外筒、截止頸、前置反射腔、漂移段、慢波結構、微波輸出口、螺線管磁場、提取腔組成，整個結構關于中心軸線旋轉對稱。陰極座左端外接脈沖功率源的內導體，陽極外筒左端外接脈沖功率源的外導體。陰極是一個薄壁圓筒，壁厚僅為0.1mm，外半徑R1等于電子束的半徑，套在陰極座右端。截止頸呈圓盤狀，內半徑為R2，R2>R1。前置反射腔呈圓盤狀，內半徑等于截止頸內半徑R2，外半徑R7滿足R7>R2。漂移段是一個半徑為R2、長度為L2的圓柱形結構。慢波結構由六個相同的慢波葉片組成，每個慢波葉片的內表面均是梯形結構，最大外半徑R4、最小內半徑R5，長度為L1，約為工作波長λ的二分之一。提取腔介于慢波結構與微波輸出口之間，是一個外半徑為R8、長度為L4的圓盤形結構。提取腔右端與陽極外筒之間的圓環空間為微波輸出口。在該RBWO運行中，陰極產生的相對論電子束與慢波結構決定的TM01模式的電磁波進行束波相互作用，產生的高功率微波從微波輸出口輸出。數值仿真中，通過改變前置反射腔至慢波結構的距離L2、提取腔的寬度L4，得到了調諧帶寬約8％、中心頻率9.6GHz、功率效率約33％的結果。該方案通過同時調節漂移段的長度L2、提取腔的寬度L4實現對工作頻率調節，慢波結構等部件需要配合沿軸向前后移動，調節方式復雜；只在X波段一個波段(對應一個工作模式)實現調諧帶寬約8％的頻率調節，無法實現跨波段調節，調節范圍較窄。2011年，國防科技大學葛行軍等人專利技術了“緊湊型低頻段頻率可調相對論返波振蕩器”(CN102208315A，2011-10-5)。(下文簡稱為現有技術3)。該結構由陰極座、陰極、陽極外筒、截止頸、慢波結構、內導體、收集極、微波輸出口、螺線管磁場、支撐桿、模式轉換器、輻射口和密封板組成，整個結構關于中心軸線旋轉對稱。陰極座左端外接脈沖功率源的內導體，陽極外筒左端外接脈沖功率源的外導體。陰極是一個薄壁圓筒，壁厚僅為0.1mm，外半徑R1等于電子束的半徑，套在陰極座右端。截止頸呈圓盤狀，內半徑為R2，R2>R1。慢波結構由五個慢波葉片組成，每個慢波葉片的內表面均是梯形結構，梯形結構的最大外半徑R4與最小內半徑R5滿足R4>R5>R2，梯形結構的長度L1約為工作波長λ的二分之一。內導體是一個本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種X、Ku波段可調高功率微波源，包括依序嵌設于陽極外筒內的截止頸、前置反射腔和慢波結構以及設置在所述陽極外筒內的陰極座和陰極，其特征在于，還包括用于調節輸出微波頻率和功率的內導體和收集極，所述內導體設置于所述陽極外筒內，所述內導體的一端在所述陽極外筒內延伸，另一端固定連接于所述收集極上；所述收集極上開設有L形凹槽，所述L形凹槽為一端敞口的環形槽；所述內導體的長度為L6，隨著L6的改變，所輸出微波的頻率和功率改變。

【技術特征摘要】
1.一種X、Ku波段可調高功率微波源，包括依序嵌設于陽極外筒內的截止頸、前置反射腔和
慢波結構以及設置在所述陽極外筒內的陰極座和陰極，其特征在于，還包括用于調節輸出
微波頻率和功率的內導體和收集極，所述內導體設置于所述陽極外筒內，所述內導體的一
端在所述陽極外筒內延伸，另一端固定連接于所述收集極上；所述收集極上開設有L形凹
槽，所述L形凹槽為一端敞口的環形槽；
所述內導體的長度為L6，隨著L6的改變，所輸出微波的頻率和功率改變。
2.根據權利要求1所述的X、Ku波段可調高功率微波源，其特征在于，所述L6的取值范圍
為0～11.7cm。
3.根據權利要求2所述的X、Ku波段可調高功率微波源，其特征在于，所述L6在0～8.4cm
范圍內調節時，輸出X波段微波，該波段內的頻率調節帶寬約為1％；
所述L6在8.5-11.7cm范圍內調節時，輸出Ku波段微波，該波段內頻率調節帶寬約為
1％。
4.根據權利要求1～3中任一項所述的X、Ku波段可調高功率微波源，其特征在于，所述L
形凹槽包括上部槽體和下部槽體，所述上部槽體的截面寬度小于所述下部槽體截面的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：葛行軍，賀軍濤，李明珠，張軍，張強，張慶林，周冠卿，張興，
申請(專利權)人：中國人民解放軍國防科學技術大學，
類型：發明
國別省市：湖南;43