一种高频段磁绝缘线振荡器

摘要

本发明属于高功率微波技术中的微波源技术领域，具体涉及一种微波起振和饱和快、且具有高功率容量的高频段磁绝缘线振荡器。本发明为圆周对称同轴结构，由外筒、渐变扼流腔结构、主慢波结构、提取腔结构、阴极、负载阴极及电子收集极组成。本发明由于采用渐变扼流腔结构和增大第一个互作用腔的间距，使得阴极起始点发射的电子束能掠过第一个腔的表面，微波能够快速起振和饱和；并且本发明还能有效减小射频场，减小慢波结构的射频击穿风险，有效提高了器件的功率容量；本发明还增大阴极长度，能减小阴极平均发射电流密度，有助于提高阴极表面电子发射的均匀性和提高阴极寿命。这些改进对于提高高频段MILO的输出功率和脉宽都有重要的意义。

主权项

一种高频段磁绝缘线振荡器，其特征在于：所述高频段磁绝缘线振荡器为圆周对称同轴结构，由外筒(1)、渐变扼流腔结构(2)、主慢波结构(3)、提取腔结构(4)、阴极(5)、负载阴极(6)及电子收集极(7)组成；外筒(1)与渐变扼流腔结构(2)、主慢波结构(3)、提取腔结构(4)、阴极(5)、负载阴极(6)及电子收集极(7)均同轴；外筒(1)的左端与脉冲功率源的外筒连接，外筒(1)的右端与模式转换器的外筒连接；阴极(5)的左端与外筒(1)的左端对齐，连接脉冲功率源的高压内筒；阴极(5)的右端与负载阴极(6)的左端连接；渐变扼流腔结构(2)的外侧、主慢波结构(3)的外侧及提取腔结构(4)的外侧均与外筒(1)的内壁紧密结合；电子收集极(7)的右端与外筒(1)的右端对齐，连接模式转换器内筒；所述外筒(1)的轴向长度为l₀，内半径为R_a，外半径为R_a1，R_a<R_a1；所述渐变扼流腔结构(2)由第一扼流腔叶片(21)、第二扼流腔叶片(22)及其与外筒形成的空腔组成，第一扼流腔叶片(21)的内半径为R_e1，第二扼流腔叶片(22)的内半径为R_e2，R_e1<R_e2，第一扼流腔叶片(21)的左侧端面与外筒(1)的左侧端面的轴向距离为l₈；所述主慢波结构(3)由N个慢波叶片、各慢波叶片间形成的空腔及第一个慢波叶片与扼流腔结构(2)的第二扼流腔叶片(22)形成的第一个互作用腔(31)组成，N≥6，所述N个慢波叶片具有相同的内半径R_in；所述提取腔结构(4)由M个提取腔叶片(41、42、43、…、4M)，提取腔叶片间形成的空腔及第一个提取腔叶片(41)与主慢波结构(3)的最后一个慢波叶片形成的空腔组成，N≥M≥2，M个提取腔叶片(41、42、43、…、4M)分别取不同的内半径R_d1、R_d2、R_d3、…、R_dM，且满足关系R_d1<R_d2<R_d3<…<R_dM；所述渐变扼流腔结构(2)、主慢波结构(3)及提取腔结构(4)中所有叶片的外半径相同，均等于外筒(1)的内半径R_a，叶片厚度均为w，所有叶片的内侧均倒角，倒角半径为R_r，R_r<0.5w；除了主慢波结构(3)的第一个互作用腔(31)的两个叶片之间的间距为d外，其余叶片间的间距均为d₁，满足关系：d>d₁>w，所有叶片的内半径满足关系：R_e1<R_e2<R_in<R_d1<R_d2<R_d3<…<R_dM；所述阴极(5)由两段半径分别为R_u和R_c的圆柱体及一段圆台组成，10mm<R_u<R_c；左端半径为R_u的圆柱体的轴向长度为l₁，右端半径为R_c的圆柱体的轴向长度为l₃，圆柱侧面为电子发射面；中间圆台段为过渡段，圆台顶面半径为R_u，圆台底面半径为R_c，圆台的轴向长度为l₂，l₃>l₂，右端半径为R_c的圆柱体与圆台连接处称为阴极起始点(51)；所述负载阴极(6)为一段轴向长度为l₄，半径为R_x的圆柱体，10mm<R_x<R_c，负载阴极(6)的左端连接阴极(5)的右端，圆柱体侧面和右端面均为电子发射面；所述电子收集极(7)为在一个大的圆柱体中间挖出一个小圆柱体的结构，所述大圆柱体的半径为R_s1，R_s1<R_in‑2mm，轴向长度为l₆，所述小圆柱体的半径为R_s，R_s>R_x+10mm，R_s>R_c，2mm<R_s1‑R_s<4mm，轴向长度l₇，l₇<l₆，小圆柱体的底部与负载阴极(6)右侧端面的轴向间距为l₅,l₅>20mm，l₄+l₅‑l₇>10mm，l₀＝l₁+l₂+l₃+l₄+l₅+l₆‑l₇。