一种四级调制高效率紧凑型同轴相对论速调管放大器.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115295380A(43)申请公布日2022.11.04(21)申请号202211009841.X(22)申请日2022.07.04(71)申请人中国人民解放军国防科技大学地址410073湖南省长沙市开福区德雅路109号(72)发明人党方超周宁阳福香葛行军张晓萍张鹏巨金川贺军涛(74)专利代理机构湖南企企卫知识产权代理有限公司43257专利代理师任合明(51)Int.Cl.H01J25/10(2006.01)H01J23/12(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称一种四级调制高效率紧凑型同轴相对论速调管放大器(57)摘要本发明涉及高功率微波技术领域的微波源器件，具体涉及一种四级调制高效率紧凑型同轴相对论速调管放大器，属于高功率微波技术领域，包括阴极座、阴极、阳极外筒、内导体、注入波导、重入式谐振腔、输入腔、增益腔、群聚腔、末前腔、反射腔、双间隙提取腔、电子束收集极、输出波导、反馈环、支撑杆和螺线管磁场，整体结构关于中心轴线旋转对称；本发明采用了输入腔、增益腔、群聚腔、末前腔四级调制方案，有效提高了对电子束的调制能力，提升了器件的功率转换效率，且器件长度约为10倍器件工作波长，紧凑性较好，有利于推动相对论速调管放大器的模块化以及功率相干合成系统的小型化发展。CN115295380ACN115295380A权利要求书1/2页1.一种四级调制高效率紧凑型同轴相对论速调管放大器，其特征在于：所述放大器包括阴极座(301)、阴极(302)、阳极外筒(303)、内导体(304)、注入波导(305)、重入式谐振腔(306)、输入腔(307)、增益腔(308)、群聚腔(309)、末前腔(310)、反射腔(311)、双间隙提取腔(312)、电子束收集极(313)、输出波导(314)、反馈环(315)、支撑杆(316)和螺线管磁场(317)，整体结构关于中心轴线旋转对称；阴极座(301)左端外接脉冲功率源的内导体，阳极外筒(303)左端外接脉冲功率源的外导体；阴极(302)是一个薄壁圆筒，其半径R1等于电子束的半径，R1的具体尺寸由实际应用时器件的阻抗和功率容量决定；阳极外筒(303)由内半径分别为R2和R3，外半径均为R5的圆柱筒组成，满足R1<R3<R2<R5；内导体(304)是一个半径为R4的圆柱体，满足R4<R1；阴极(302)和阳极外筒(303)之间的轴向长度L1称为阴阳极间距，L1的取值一般为10‑20mm；在阳极外筒(303)上开设有一内半径为R12，宽为L5的圆环形凹槽(303a)，其左端与内半径为R3的阳极筒左端的距离为L6，满足R3<R12<R2，L5的长度一般取2‑5mm，L6一般取工作波长λ的2‑2.5倍，圆环形凹槽(303a)作为注入波导(305)的注入端口，用于注入种子微波信号；注入波导(305)位于圆环形凹槽(303a)的左侧，为BJ‑140标准矩形波导，其外壁与阳极外筒(303)外壁的距离为L7，其横截面为“厂”字形，L7的取值一般为5‑10mm，注入波导(305)为上下对称的双端口结构，其将注入端口引入的外注入式微波信号引入至重入式谐振腔(306)，再由重入式谐振腔(306)进入输入腔(307)中，实现对电子束的调制；重入式谐振腔(306)呈圆环状，其左侧与内导体(304)左侧端面的距离为L2，其内半径为R9，外半径为R8，长度为L4，满足R2>R8>R9，L2一般取工作波长λ的0.5‑1倍，L4的取值一般为工作波长λ的1‑1.5倍，距离重入式谐振腔(306)右端L8处连接注入波导(305)，L8的取值一般为工作波长λ的0.15‑0.25倍，通过改变L8的长度能够在不改变输入腔谐振频率的前提下调节腔体的Q值，从而减少注入信号的损耗，保证输入腔具有较高的吸收率；输入腔(307)为一圆环形空腔，其左端与重入式谐振腔(306)的左端平齐，其内半径为R6，外半径为R7，长度为L3，满足R6<R4，R3<R7<R12，L3的取值为工作波长λ的0.15‑0.25倍，输入腔(307)的作用是将注入的微波信号匹配吸收，并在其内建立起高频电磁场，当电子束经过时对其进行初步的预调制；增益腔(308)为一圆环形空腔，其位于输入腔(306)右端L9处，内半径为R10，外半径为R11，长度为L10，满足R6<R10<R4，R3<R11<R8，L9的取值一般为工作波长λ的1‑1.5倍，L10的取值一般为工作波长λ的0.2‑0.3倍，增益腔(308)的作用是对电子束进行第二级调制，提高电子束的调制深度；群聚腔(309)为一圆环形空腔，其位于增益腔(308)右端L11处，内半径为R10，外半径为R11，长度为L12，L11的取值一般为工作波长λ的0.6