一种X波段高增益高效率三轴相对论速调管放大器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109599316A(43)申请公布日2019.04.09(21)申请号201710916157.2(22)申请日2017.09.30(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)发明人巨金川张威张军钟辉煌(74)专利代理机构湖南省国防科技工业局专利中心43102代理人李传中(51)Int.Cl.H01J23/36(2006.01)H01J25/10(2006.01)权利要求书3页说明书10页附图5页(54)发明名称一种X波段高增益高效率三轴相对论速调管放大器(57)摘要一种X波段高增益高效率三轴相对论速调管放大器，包括阴极座301、阴极302、阳极外筒303、内导体304、调制腔305、第一反射腔306、第一群聚腔307、第二反射腔308、第二群聚腔309、第三反射腔310、提取腔311、锥波导312、反馈环313、电子收集极314、支撑杆315、微波输出口316、螺线管磁场317、注入波导318，整体结构关于中心轴线OZ轴旋转对称。该发明通过对器件电磁结构的合理设计，克服现有X波段三轴相对论速调管放大器中轴向注入或侧向双端口注入的复杂结构、增益（约40dB）、效率（<30%）、输出微波功率（约1GW）相对较低等不足，在X波段实现三轴相对论速调管放大器的高增益、高效率、高功率微波输出。CN109599316ACN109599316A权利要求书1/3页1.一种X波段高增益高效率三轴相对论速调管放大器，包括有阴极座（301）、阴极（302）、阳极外筒（303）、内导体（304）、调制腔（305）、第一反射腔（306）、第一群聚腔（307）、第二反射腔（308）、第二群聚腔（309）、第三反射腔（310）、提取腔（311）、锥波导（312）、反馈环（313）、电子束收集极（314）、支撑杆（315）、微波输出口（316）、螺线管磁场（317）、注入波导（318），整体结构于OZ轴即中心轴线旋转对称；其特征在于：阴极（302）在外接脉冲功率源的驱动下产生强流电子束；电子束在螺线管（317）的导引下依次经过调制腔（305）、第一群聚腔（307）、第二群聚腔（309）、提取腔（311），最终被电子收集极（314）的楔形凹槽收集；注入波导（318）将外注入微波信号引入到调制腔（305）中，在调制腔（305）的间隙处激励起同轴TM011模式，其轴向电场会对经过的电子束进行初步的速度调制；电子束的速度调制被工作在TM012模式的第一群聚腔（307）和工作在TM011模式的第二群聚腔（309）加深，实现大于100%的电子束调制深度；被调制好的电子束在提取腔（311）中将其能量转给TM012模式的微波场，激励起高功率微波，然后通过微波输出口（316）向外输出；在第一群聚腔（307）、第二群聚腔（309）、提取腔（311）左端分别设置同轴反射腔（306）、（308）和（311）以抑制TEM模式泄露和高阶非旋转对称TE模式的自激振荡。2.根据权利要求1所述的一种X波段高增益高效率三轴相对论速调管放大器，其特征在于：所述阴极座（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，套在阴极座（301）右端，阳极外筒（303）由两段内半径分别为R2和R3的圆柱筒组成，满足R1<R3<R2；内导体（304）是一个半径为R4，长度为L1的圆柱体，其左侧端面与阳极外筒（303）半径为R3的一段圆柱筒的左侧端面平齐，满足R4<R1；在内导体（304）上距离其左侧端面L2处，开设有一个内半径为R5，宽L3的一号圆环状凹槽（305a），满足R5<R4，L3的取值为波长的四分之一；在与一号圆环状凹槽（305a）相对的阳极外筒（303）内壁上同样开设有一个外半径为R6，内半径为R7，宽L4的二号圆环状凹槽（305b），L4的取值为工作波长λ的1.25倍，且L4<L2；所述二号圆环状凹槽（305b）在正对一号圆环状凹槽（305a）处设置有宽度为L3的开口，满足R3<R7<R6；一号圆环状凹槽（305a）和二号圆环状凹槽（305b）共同组成调制腔（305）；在内导体（304）上距离一号圆环状凹槽（305a）右侧端面L5处，L5约为工作波长的3-4倍，开设有一个内半径为R8，宽L6的三号圆环状凹槽（306a），L6的取值为工作波长λ的三分之一，在与三号圆环状凹槽（306a）相对的阳极外筒（303）内壁上同样开设有一个外半径为R9，宽L6的四号圆环状凹槽（306b）；所述三号圆环状凹槽（306a）和四号圆环状凹槽（306b）共同组成第一反射腔（306），满足R8<R5，R6<R9；在内导体（30