回旋管高频腔体结构
阅读说明：本技术 回旋管高频腔体结构 (High-frequency cavity structure of gyrotron ) 是由 武春风 刘巧 秦建飞 易亮 刘洋 朱键华 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了回旋管高频腔体结构,包括截止段、输入渐变波导段、主腔体段、主腔体凹部段、多个输出渐变波导段和输出直波导段,多个输出渐变波导段、输出直波导段、截止段均与输入渐变波导段连接,输入渐变波导段与主腔体段连接,主腔体段右端加入凹部段形成主腔体凹部段等；本发明可以有效地提高主模纵向高阶模式的Q值,从而降低该类模式的起振电流和电压；通过结合主腔体段及输出渐变波导段,以有效地实现可调频回旋管在超低电压电流状态下工作等。(The invention discloses a high-frequency cavity structure of a gyrotron, which comprises a cut-off section, an input gradual change waveguide section, a main cavity body concave section, a plurality of output gradual change waveguide sections and an output straight waveguide section, wherein the output gradual change waveguide sections, the output straight waveguide section and the cut-off section are all connected with the input gradual change waveguide section; the invention can effectively improve the Q value of the longitudinal high-order mode of the main mode, thereby reducing the starting oscillation current and voltage of the mode; the adjustable-frequency gyrotron can work under the state of ultralow voltage current and the like effectively by combining the main cavity section and the output gradual change waveguide section.)
技术领域
本发明涉及回旋管技术领域，更为具体的，涉及回旋管高频腔体结构。
背景技术
回旋管作为电真空器件的一种，由于其高频率方面的优异表现而被应用于众多特殊需求的领域中，其中回旋电子注与电磁波在回旋管的高频腔体内发生相互作用而产生或放大电磁信号是其基本工作原理。近年来随着毫米波太赫兹波技术的发展，回旋管作为源器件被广泛地应用于诸多系统，如磁约束可控热核聚变、陶瓷烧结、先进材料热处理、等离子体诊断、动态核极化-核磁共振、太赫兹成像等。对于一些应用系统中,特别需要回旋管具有连续可调频功能，同时需求其工作电流和电压尽可能的小以降低系统的复杂性。由此小型化甚至迷你化的回旋管是降低整体系统体积的关键。在小型化或迷你化的回旋管中，超低电流电压工作是降低系统体积的重点方向。由于在回旋管中主模的起振需要工作电流高于该模式的最低起振电流，而起振电流Iosc与工作电压及腔体Q值成反比关系；因此，为了尽可能地降低回旋管的工作电压和电流，需要通过增加高频腔体的Q值的方式来实现。基于传统的方法，其主要采用增加主腔体长度的手段来提高腔体的Q值。对于回旋管的可调频性能，其主要通过高频腔体工作于纵向高阶模式TEm.p.q(q＝1,2,3…)的方式实现；然而对于TEm.p.q(q>1)模式来说其Q值远小于TEm.p.1模式，为了尽可能的提高TEm.p.q(q>1)模式的Q值，需要主腔体的长度进一步的扩大。由回旋管基本原理可知，主腔体长度越长就会及其容易引起不必要的寄生模式振荡从而影响主模工作而影响整管的稳定性。综上所述，如何在不过分地增加高频腔主腔体长度的前提下提高腔体TEm.p.q(q＝1,2,3…)模式Q值是实现可调频回旋管工作于超低电压电流状态的同时实现回旋管主模稳定地工作的关键。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供回旋管高频腔体结构，可以有效地提高主模纵向高阶模式的Q值，从而降低该类模式的起振电流和电压；通过结合主腔体段及输出渐变波导段，以有效地实现可调频回旋管在超低电压电流状态下工作等。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
回旋管高频腔体结构，包括截止段、输入渐变波导段、主腔体段、主腔体凹部段、多个输出渐变波导段和输出直波导段，多个输出渐变波导段、输出直波导段、截止段均与输入渐变波导段连接，输入渐变波导段与主腔体段连接，主腔体段右端加入凹部段形成主腔体凹部段；多个输出渐变波导段包括第一输出渐变波导段、第二输出渐变波导段和第三输出渐变波导段；主腔体段与第一输出渐变波导段连接，第一输出渐变波导段与第二输出渐变波导段连接，第二输出渐变波导段与第三输出渐变波导段连接，第三输出渐变波导段与输出直波导段连接。
进一步地，第一输出渐变波导段、第二输出渐变波导段、第三输出渐变波导段的倾角分别为第一输出渐变波导段倾角a1、第二输出渐变波导段倾角a2和第三输出渐变波导段倾角a3，且a1<a2<a3≤5°。
进一步地，所述主腔体段的总长度为L,L≤15λ，λ为高频腔体工作模式电磁波的波长。
进一步地，所述主腔体凹部段由半径为R2的直波导及左右的渐变波导构成，其中直波导段的长度不高于高频腔体工作频率下电磁波的波长，左右的渐变波导的倾角分别为a4、a5，且a4、a5的大小都小于5度。
进一步地，所述主腔体凹部段31的形状为曲线。
进一步地，所述多个输出渐变波导段，它们的个数控制在3-5个之内，且它们的倾角各不相同且倾角都小于5°。
进一步地，该腔体为金属结构材料构成。
本发明的有益效果是：
本发明可以有效地提高主模纵向高阶模式的Q值，从而降低该类模式的起振电流和电压；通过结合主腔体段及输出渐变波导段，以有效地实现可调频回旋管在超低电压电流状态下工作等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的实施例中工作模式TE10.2.q(q＝1,2,3,4,5)模式的起振电流情况；
图中，1-截止段，2-输入渐变波导段，3-主腔体段，31-主腔体凹部段，4-第一输出渐变波导段，5-第二输出渐变波导段，6-第三输出渐变波导段，7-输出直波导段，a1-第一输出渐变波导段倾角，a2-第二输出渐变波导段倾角，a3-第三输出渐变波导段倾角，R1-主腔体半径，R2-主腔体末端处凹部段的直波导的半径，a4-凹部段右渐变波导的倾角，a5-凹部段左渐变波导的倾角，L-主腔体段3的长度。
具体实施方式
本说明书中所有实施例公开的所有特征(包括任何附加权利要求、摘要和附图)，或隐含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和/或扩展、替换。
如图1，2所示，回旋管高频腔体结构，包括截止段1、输入渐变波导段2、主腔体段3、主腔体凹部段31、多个输出渐变波导段和输出直波导段7，多个输出渐变波导段、输出直波导段7、截止段1均与输入渐变波导段2连接，输入渐变波导段2与主腔体段3连接，主腔体段3右端加入凹部段形成主腔体凹部段31；多个输出渐变波导段包括第一输出渐变波导段4、第二输出渐变波导段5和第三输出渐变波导段6；主腔体段3与第一输出渐变波导段4连接，第一输出渐变波导段4与第二输出渐变波导段5连接，第二输出渐变波导段5与第三输出渐变波导段6连接，第三输出渐变波导段6与输出直波导段7连接。
进一步地，第一输出渐变波导段4、第二输出渐变波导段5、第三输出渐变波导段6的倾角分别为第一输出渐变波导段倾角a1、第二输出渐变波导段倾角a2和第三输出渐变波导段倾角a3，且a1<a2<a3≤5°。
进一步地，所述主腔体段3的总长度为L,L≤15λ，λ为高频腔体工作模式电磁波的波长。
进一步地，所述主腔体凹部段31由半径为R2的直波导及左右的渐变波导构成，其中直波导段的长度不高于高频腔体工作频率下电磁波的波长，左右的渐变波导的倾角分别为a4、a5，且a4、a5的大小都小于5度。
进一步地，所述主腔体凹部段31的形状为曲线。
进一步地，所述多个输出渐变波导段，它们的个数控制在3-5个之内，且它们的倾角各不相同且倾角都小于5°。
进一步地，该腔体为金属结构材料构成。
在本发明的其他实施例中，如图1所示，本实施例提供了一种可实现可调频回旋管超低电流电压工作的高频腔体结构，该结构主要包括有：截止段1，输入渐变波导段2，主腔体段3，主腔体右端的凹部段31，第一、二、三输出渐变波导段4-6，输出直波导段7，截止段与输入渐变波导段2连接，输入渐变波导段2与主腔体段3连接，主腔体段右端加入凹部段31，主腔体段3与第一输出渐变波导段4连接，第一输出渐变波导段4与第二输出渐变波导段5连接，第二输出渐变波导段5与第三输出渐变波导段6连接，第三输出渐变波导段与输出直波导段7连接。
具体实施方式为，当截止段半径为2.4mm，主腔体半径R1为2.617mm，长度为15mm，主腔体末端处凹部段的直波导的半径R2为2.6mm，凹部段的左右倾角a4与a5都为2°，第一输出渐变波导倾角a1为0.5°，第二输出渐变波导倾角a2为1.0°，第三输出渐变波导倾角a3为2.5°。经计算，该高频腔体的主模为TE10.2.q(q＝1,2,3,4,5)，其中各纵向谐波模式的谐振频率分别为：TE10.2.1模式谐振频率为299.93GHz，TE10.2.2模式谐振频率为300.22GHz，TE10.2.3模式谐振频率为300.65GHz，TE10.2.4模式谐振频率为301.22GHz，TE10.2.5模式谐振频率为301.94GHz。如图2所示，当工作电压为500V时，TE10.2.q(q＝1,2,3,4,5)模式的起振电流随着磁场变化情况。由图2可知，在500V工作电压情况下，五个工作频点的工作模式的最低起振电流范围从0.03mA到15mA。
除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
本发明功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，在一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)以及相应的软件中执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，进行测试或者实际的数据在程序实现中存在于只读存储器(Random Access Memory，RAM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种储存式离子源