【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及高功率微波，具體涉及一種角向開縫耦合輸出的相對論磁控管。
技術介紹
1、高功率微波（high?power?microwave,?hpm）是指峰值功率大于100mw，頻率介于1ghz到300?ghz之間的電磁波。它是上世紀70年代以來隨著脈沖功率技術、相對論電子學和等離子體物理等學科的發展而發展起來的一個交叉研究領域。高功率微波源主要是利用相對論電子束產生高功率微波輻射的器件，是高功率微波系統中的關鍵部件之一。
2、相對論磁控管（rm）具有結構簡單、運行磁場低、具備高功率與重復脈沖工作能力等優點，是最有實用價值的輕小型化高功率微波源之一。目前相對論磁控管的研究重點是提高功率、轉化效率，縮小整個系統的體積與重量，實現輕小型化設計。其中，輸出結構是影響輕小型化的關鍵因素。
3、相對論磁控管早期采用徑向輸出結構，通過在諧振腔外壁上沿軸向開縫隙耦合輸出微波能量。由于該輸出結構占用諧振腔外徑向空間，導致該區域無法布設磁體，為保證給諧振腔提供均勻軸向引導磁場，必須在諧振腔兩端布設一對亥姆霍茲線圈或者永磁體，這種勵磁系統尺寸過大，不滿足系統小型化要求。并且，由于單個耦合縫隙的擊穿閾值限制，輸出效率低。
4、2006年，greenwood和hoff等人提出一種全腔提取軸向輸出結構，該結構可以視作傳統徑向輸出結構的改進。該結構將相鄰諧振腔耦合縫以沿中心線對稱的形式與一根扇形輸出波導相連。當磁控管工作模式為π模時，扇形輸出波導內將激勵起te11模式并沿軸向傳輸。與傳統徑向輸出結構相比，全腔提取軸向輸出
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，提出了一種角向開縫耦合輸出的相對論磁控管，解決了現有技術中諧振腔外圍扇形輸出波導的存在，整個系統橫向尺寸與陽極外半徑相比仍然較大，導致磁體內徑較大，系統輕小型化水平仍然有限的問題。
2、為實現上述目的，本專利技術提出以下技術予以實現：
3、一種角向開縫耦合輸出的相對論磁控管，所述磁控管采用徑向提取矩形輸出結構，所述磁控管包括陽極、陰極以及磁體；
4、其中，所述陽極包括長陽極塊和短陽極塊，所述短陽極塊的端部設置有角向耦合縫，所述長陽極塊的端部設置有反射環，所述短陽極塊、長陽極塊和反射環之間形成的扇形腔內分布有高頻磁場，且該高頻磁場通過角向耦合縫耦合進入外部的波導實現輸出。
5、進一步的，所述扇形腔位于短陽極塊靠近反射環的一端，所述扇形腔位于外筒的內部，所述角向耦合縫開設在外筒上且連通扇形腔。
6、進一步的，所述長陽極塊和短陽極塊分別位于外筒的內部，所述長陽極塊遠離扇形腔的一端與短陽極塊遠離扇形腔的一端齊平。
7、進一步的，所述長陽極塊和短陽極塊分別設置有n個，n不小于2，n個長陽極塊和n個短陽極塊沿外筒內壁的周向均勻分布。
8、進一步的，所述長陽極塊和短陽極塊在外筒內壁上交替設置，相鄰的長陽極塊和短陽極塊之間設置有間隙以形成諧振腔，所述扇形腔位于相鄰兩個長陽極塊之間。
9、進一步的，所述反射環固定在外筒的內壁上，所述反射環的外徑與外筒的內徑相等，所述長陽極塊的端部與反射環相抵。
10、進一步的，所述波導包括連通扇形腔的扇形過渡波導，所述扇形過渡波導位于外筒的外部以便于輸出扇形腔內的高頻磁場。
11、進一步的，所述波導還包括設置在扇形過渡波導端部的矩形輸出波導，所述矩形輸出波導的輸出端平行于外筒的軸線設置。
12、進一步的，所述陰極位于外筒的內部且與外筒同軸設置，所述陽極和反射環分別圍繞陰極設置。
13、進一步的，所述磁體包括套設在外筒外圍的第一磁體和第二磁體，所述第一磁體和第二磁體分別設置在扇形過渡波導的兩側。
14、與現有技術相比，本專利技術帶來的綜合效果包括：
15、（1）本專利技術的相對論磁控管，由于采用的輸出結構位于陽極塊端部，且所有諧振腔均參與微波能量提取，諧振腔角向周期對稱性幾乎不受輸出結構影響；耦合輸出結構及輸出結構與諧振腔區域軸向分離，諧振腔外部空間可以用于布設磁體，勵磁空間小，有利于實現系統的輕小型化。
16、（2）本申請中設置多個輸出波導，多路等相的矩形波導基模電磁波輸出，便于饋入波導縫隙陣等陣列天線直接輻射，該結構具有輸出功率大、轉換效率高、系統緊湊、易與波導縫隙陣天線結合與輸出、易于輕小化永磁包裝的特點。
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1.一種角向開縫耦合輸出的相對論磁控管，其特征在于，所述磁控管采用徑向提取矩形輸出結構，所述磁控管包括陽極、陰極以及磁體；
2.根據權利要求1所述的一種角向開縫耦合輸出的相對論磁控管，其特征在于，所述扇形腔位于短陽極塊靠近反射環的一端，所述扇形腔位于外筒的內部，所述角向耦合縫開設在外筒上且連通扇形腔。
3.根據權利要求2所述的一種角向開縫耦合輸出的相對論磁控管，其特征在于，所述長陽極塊和短陽極塊分別位于外筒的內部，所述長陽極塊遠離扇形腔的一端與短陽極塊遠離扇形腔的一端齊平。
4.根據權利要求3所述的一種角向開縫耦合輸出的相對論磁控管，其特征在于，所述長陽極塊和短陽極塊分別設置有n個，n不小于2，n個長陽極塊和n個短陽極塊沿外筒內壁的周向均勻分布。
5.根據權利要求4所述的一種角向開縫耦合輸出的相對論磁控管，其特征在于，所述長陽極塊和短陽極塊在外筒內壁上交替設置，相鄰的長陽極塊和短陽極塊之間設置有間隙以形成諧振腔，所述扇形腔位于相鄰兩個長陽極塊之間。
6.根據權利要求2所述的一種角向開縫耦合輸出的相對論磁控管，其特征在于，
7.根據權利要求2所述的一種角向開縫耦合輸出的相對論磁控管，其特征在于，所述波導包括連通扇形腔的扇形過渡波導，所述扇形過渡波導位于外筒的外部以便于輸出扇形腔內的高頻磁場。
8.根據權利要求7所述的一種角向開縫耦合輸出的相對論磁控管，其特征在于，所述波導還包括設置在扇形過渡波導端部的矩形輸出波導，所述矩形輸出波導的輸出端平行于外筒的軸線設置。
9.根據權利要求2所述的一種角向開縫耦合輸出的相對論磁控管，其特征在于，所述陰極位于外筒的內部且與外筒同軸設置，所述陽極和反射環分別圍繞陰極設置。
10.根據權利要求7所述的一種角向開縫耦合輸出的相對論磁控管，其特征在于，所述磁體包括套設在外筒外圍的第一磁體和第二磁體，所述第一磁體和第二磁體分別設置在扇形過渡波導的兩側。
...【技術特征摘要】
1.一種角向開縫耦合輸出的相對論磁控管，其特征在于，所述磁控管采用徑向提取矩形輸出結構，所述磁控管包括陽極、陰極以及磁體；
2.根據權利要求1所述的一種角向開縫耦合輸出的相對論磁控管，其特征在于，所述扇形腔位于短陽極塊靠近反射環的一端，所述扇形腔位于外筒的內部，所述角向耦合縫開設在外筒上且連通扇形腔。
3.根據權利要求2所述的一種角向開縫耦合輸出的相對論磁控管，其特征在于，所述長陽極塊和短陽極塊分別位于外筒的內部，所述長陽極塊遠離扇形腔的一端與短陽極塊遠離扇形腔的一端齊平。
4.根據權利要求3所述的一種角向開縫耦合輸出的相對論磁控管，其特征在于，所述長陽極塊和短陽極塊分別設置有n個，n不小于2，n個長陽極塊和n個短陽極塊沿外筒內壁的周向均勻分布。
5.根據權利要求4所述的一種角向開縫耦合輸出的相對論磁控管，其特征在于，所述長陽極塊和短陽極塊在外筒內壁上交替設置，相鄰的長陽極塊和短陽極塊之間設置有間隙以形成諧振腔，所述扇形腔位于相鄰兩個長陽極塊之...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王冬，張玉涵，秦奮，徐莎，姚子云，張勇，張新凱，郭銳，鄧其茂，
申請(專利權)人：中國工程物理研究院應用電子學研究所，
類型：發明
國別省市：
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