阅读说明：本技术 一种同轴高频高功率微波器件 (Coaxial high-frequency high-power microwave device ) 是由 丁恩燕 张运俭 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种同轴高频高功率微波器件,包括圆波导套筒及与圆波导套筒同轴的内导体,所述圆波导套筒内设置高频结构；高频结构沿电子束传输方向依次设置同轴的反射区、束流预调制区、相位调制区和束波转换区；反射区、束流预调制区、相位调制区和束波转换区分别在圆波导套筒筒壁和内导体的对应位置上设置环形槽状的腔体,圆波导套筒筒壁和内导体对应位置的腔体构成反射腔、束流预调制腔、相位调制腔和束波转换腔；束波转换区之后设置径向向内凸出环形的收集极；电压400kV,电流9.0kA的环形电子束在磁场强度1.2T的轴向磁场引导下在微波器件内传输,产生70GHz的高频高功率微波。采用本发明的一种同轴高频高功率微波器件,可产生高频高功率微波,且有效提高了微波产生效率。(The invention discloses a coaxial high-frequency high-power microwave device, which comprises a circular waveguide sleeve and an inner conductor coaxial with the circular waveguide sleeve, wherein a high-frequency structure is arranged in the circular waveguide sleeve; the high-frequency structure is sequentially provided with a coaxial reflecting area, a beam pre-modulation area, a phase modulation area and a beam wave conversion area along the transmission direction of an electron beam; the reflecting region, the beam pre-modulation region, the phase modulation region and the beam conversion region are respectively provided with a ring-groove-shaped cavity at the corresponding positions of the cylindrical wall of the circular waveguide sleeve and the inner conductor, and the cavities at the corresponding positions of the cylindrical wall of the circular waveguide sleeve and the inner conductor form a reflecting cavity, a beam pre-modulation cavity, a phase modulation cavity and a beam conversion cavity; a collector which is radially inwards protruded and annular is arranged behind the beam wave conversion area; the annular electron beam with the voltage of 400kV and the current of 9.0kA is transmitted in the microwave device under the guidance of the axial magnetic field with the magnetic field intensity of 1.2T to generate high-frequency high-power microwaves of 70 GHz. The coaxial high-frequency high-power microwave device can generate high-frequency high-power microwaves and effectively improve the microwave generation efficiency.)

一种同轴高频高功率微波器件

技术领域

本发明涉及一种同轴高频高功率微波器件，属于高功率微波器件技术领域。

背景技术

高功率微波一般是指峰值功率在100MW以上、工作频率为1～300GHz范围内的电磁波。随着高功率微波技术研究及应用需求，高功率微波源逐步向高频结构发展。

轴向O型高功率微波器件由于结构带来的电子束易引导及结构的多变组合，使得其一种应用比较广泛的高功率微波器件。器件频率的提高急剧减小器件的径向尺寸，从而引起功率容量降低。这种物理机制是高频高功率微波器件所必须解决的关键问题。在高频段，通过采用同轴结构扩大器件的径向尺寸，从而提高器件功率容量是有个有效的解决方法。通常情况下，器件频率越高，其微波输出效率会相应减低。本发明充分利用了器件内导体，将内导体设置成与阳极一致的慢波结构，增强了束波互作用，提高了微波产生效率。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种同轴高频高功率微波器件，本发明可产生高频高功率微波,且有效提高了微波产生效率。

本发明采用的技术方案如下：

一种同轴高频高功率微波器件，筒包括圆波导套筒及与圆波导套筒同轴的内导体，所述圆波导套筒内设置高频结构；

内导体与圆波导套筒之间形成内直径10mm，外直径14.6mm的电子束传输通道；

所述高频结构沿电子束传输方向依次设置同轴的反射区、束流预调制区、相位调制区和束波转换区，反射区、束流预调制区、相位调制区和束波转换区组成高频结构；

所述反射区、束流预调制区、相位调制区和束波转换区分别在圆波导套筒筒壁和内导体的对应位置上设置环形槽状的腔体，圆波导套筒筒壁和内导体对应位置的腔体构成反射腔、束流预调制腔、相位调制腔和束波转换腔；

所述束波转换区之后设置径向向内凸出环形的收集极；

内直径12mm，外直径12.6mm，电压400kV，电流9.0kA的环形电子束在磁场强度1.2T的轴向磁场引导下在高频结构内传输，产生频率为70GHz的高频高功率微波。

在上述方案中，圆波导套筒两端封闭，内部抽真空到毫帕量级，圆波导套筒内一端设置发射环形电子束的阴极，内导体与圆波导套筒相对阴极的另一端相连，环形电子束在传输通道内传输，经过高频结构后打在收集极上。

其中，反射区能将电子束传输过程中的反向能量进行阻截，提高进入束波转换区的电子束能量；束流与调制区会预先调制电子束的相位及相速，使电子束与微波的相位相速接近；相位调制区能进一步调制电子束与微波的相位，使电子束和微波的相位达到一致；相位一致的电子束和微波将在束波转换区发生能量转换，从而产生高频高功率微波；收集极能将电子束的剩余能量直接吸收，防止电子束轰击产生电子二次发射和等离子体，从而影响微波输出。

作为优选，所述圆波导套筒筒壁和内导体上的腔体均是剖面为矩形的环形腔体。

作为优选，所述反射腔的内直径为7mm，外直径为17.6mm，轴向长度为1mm。

作为优选，所述束流预调制腔包括第一束流预调制腔和第二束流预调制腔，所述第一束流预调制腔的内直径为8.4mm，外直径为16.2mm，轴向长度为0.9mm；第二束流预调制腔的内直径为8mm，外直径为16.6mm，轴向长度为0.9mm；两束流预调制腔间隔为0.8mm。

作为优选，所述相位调制腔的内直径为5mm，外直径为19.6mm，轴向长度为0.5mm，相位调制腔与第二束流预调制腔间隔为1mm。

作为优选，所述束波转换腔包括第一束波转换腔、第二束波转换腔和第三束波转换腔，所述第一束波转换腔的内直径为8mm，外直径为16.6mm，轴向长度为0.9mm；第二束波转换腔的内直径为8.4mm，外直径为16.2mm，轴向长度为0.9mm；第三束波转换腔的内直径为8.8mm，外直径为15.8mm，轴向长度为0.9mm；相邻两束波转换腔间隔均为0.8mm。

上述方案中，反射腔、束流预调制腔、相位调制腔和束波转换腔的外直径是指圆波导套筒上腔体槽底圆的直径；反射腔、束流预调制腔、相位调制腔和束波转换腔的内直径是指内导体上腔体槽底圆的直径。

本发明的一种同轴高频高功率微波器件，能够提高进入束波转换区的电子束能量，并调制环形电子束的相位及相速，使环形电子束与微波的相位相速达到一致，从而产生高频高功率微波；还能防止电子束轰击产生电子二次发射及等离子体，从而影响微波输出。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：采用同轴结构设计，轴向及径向尺寸非常紧凑，与同频段器件相比，其结构尺寸简洁，具有小型化，重量轻，易装配的优点；能有效提高微波产生效率。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是微波器件剖面结构示意图。

图中标记：1-反射区、2-束流预调制区、3-相位调制区、4-束波转换区、5-收集极、6-环形电子束、7-电子束传输通道、8-圆波导套筒、9-内导管、11-反射腔、21-第一束流预调制腔、22-第二束流预调制腔、31-相位调制腔、41-第一束波转换腔、42-第二束波转换腔、43-第三束波转换腔。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种高频高功率微波器件，包括圆波导套筒及与圆波导套筒同轴的内导体，圆波导套筒两端封闭，内部抽真空到毫帕量级，圆波导套筒内一端设置发射环形电子束的阴极，圆波导套筒的内直径为14.6mm，内导体的直径为10mm。

沿电子束传输方向依次设置同轴的反射区、束流预调制区、相位调制区和束波转换区，反射区、束流预调制区、相位调制区和束波转换区组成高频结构；反射区、束流预调制区、相位调制区和束波转换区分别在圆波导套筒筒壁和内导体的对应位置上设置环形槽状剖面为矩形的腔体，圆波导套筒筒壁和内导体对应位置的腔体构成反射腔、束流预调制腔、相位调制腔和束波转换腔。

反射区的反射腔的外直径为17.6mm，内直径为7mm，轴向长度为1mm；束流预调制区包括第一束流预调制腔和第二束流预调制腔，第一束流预调制腔和第二束流预调制腔的外直径为16.2mm，内直径为8.4mm，轴向长度为0.9mm，第二束流预调制腔的外直径为16.6mm，内直径为8mm,轴向长度0.9mm，两束流预调制腔之间间隔0.8mm；相位调制腔的外直径为19.6mm，内直径为5mm，轴向长度为0.5mm，相位调制腔与第二束流预调制腔间隔1mm；束波转换区包括第一束波转换腔、第二束波转换腔和第三束波转换腔，第一束波转换腔的外直径为16.6mm，内直径为8mm，轴向长度为0.9mm，第二束波转换腔的外直径为16.2mm，内直径为8.4mm，轴向长度为0.9mm,第三束波转换腔的外直径为15.8mm，内直径为8.8mm,轴向长度为0.9mm，相邻两束波转换腔间隔均为0.8mm。

束波转换区之后设置径向向内凸出环形的收集极，收集极的内直径小于环形电子束的内直径。

阴阳极之间施加电压400kV，阴极发射产生内直径12mm，外直径12.6mm，束流强度9.0kA的环形电子束，环形电子束在磁场强度1.2T的轴向磁场引导下在高频结构内传输，环形电子束将能量转交给微波场，产生频率为70GHz的高功率微波。

综上所述，采用本发明的一种同轴高频高功率微波器件，采用同轴结构设计，轴向及径向尺寸非常紧凑，与同频段器件相比，其结构尺寸极大简洁，具有小型化，重量轻，易装配的优点；实现了频率为70GHz的高功率微波产生，且有效提高了微波产生效率，是一种可行的高频高功率微波器件。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。