一种具有TE10输出模式的紧凑型相对论磁控管

摘要

本发明属于高功率微波技术中的微波源技术领域，具体涉及一种能使轴向输出的微波模式更加纯净，整个系统更加紧凑的具有矩形TE10输出模式的相对论磁控管。针对目前轴向输出相对论磁控管需要更加纯净的单一输出模式的问题，和现有轴向输出相对论磁控管难以满足紧凑化、小型化等方面的需求的问题，提出了一种新型相对论磁控管，该磁控管通过磁控管阳极结构的改进，轴向输出过渡段的设计，矩形输出波导的设计以及外加磁场系统的设计，不仅可以直接轴向输出更加纯净的矩形TE10模式微波，而且可以使得整个系统更加紧凑化、小型化。

主权项

一种具有TE10输出模式的紧凑型相对论磁控管，其特征在于：所述磁控管由同轴输入结构(1)、谐振腔结构(2)、轴向输出过渡段(3)、矩形输出波导(4)和外加磁场系统(5)组成，所述同轴输入结构(1)轴向外接所述谐振腔结构(2)，所述谐振腔结构(2)轴向外接所述轴向输出过渡段(3)，所述轴向输出过渡段(3)轴向外接所述矩形输出波导(4)，所述外加磁场系统(5)安装在所述同轴输入结构(1)、谐振腔结构(2)和轴向输出过渡段(3)的外围圆柱空间区域；所述同轴输入结构(1)由阴极连接杆(101)和同轴外筒(102)组成，阴极连接杆(101)与同轴外筒(102)的轴向中心线重合，阴极连接杆(101)半径与磁控管阴极半径R_c相等，同轴外筒(102)内径与磁控管谐振腔半径R_v相等；所述谐振腔结构(2)由具有2(2N+1)个谐振腔的典型磁控管结构和磁控管中阳极块的改进结构组成，所述具有2(2N+1)个谐振腔的典型磁控管结构主要包括阴极(201)和阳极(202)，所述阴极(201)固定在同轴输入结构(1)中的阴极连接杆(101)上，位于同轴外筒(102)的轴向中心线上，所述阳极(202)由2(2N+1)个沿同轴外筒(102)内壁圆周角向周期分布的阳极块构成，阳极块之间的腔构成谐振腔(203)；所述磁控管中阳极块的改进结构为将每个阳极块的光滑内表面设计成具有凹槽(204)或突起(205)结构的内表面，其中，凹槽(204)与突起(205)的结构沿圆周角向交替分布在阳极块内表面上，凹槽(204)或突起(205)的角向中心线均与所在阳极块的角向中心线重合，凹槽(204)或突起(205)的轴向长度均与阳极块的轴向长度H_m相同，ΔR_r和ΔR_p分别表示凹槽(204)和突起(205)结构的径向深度，θ_r和θ_p分别表示凹槽(204)和突起(205)结构的角向宽度，凹槽(204)与突起(205)的径向深度和角向宽度根据优化效果确定；所述轴向输出过渡段(3)由磁控管的互作用区轴向过渡段(303)、输出腔轴向过渡段(306)和非输出腔轴向过渡段(308)组成，整体长度为H_c，所述磁控管的互作用区的端口横截圆面(301)与矩形输出波导中心的内接圆横截面(302)之间形成的线性渐变过渡段，构成互作用区轴向过渡段(303)，选取磁控管中一组角向相对的两个谐振腔，命名为输出腔，并将其他谐振腔命名为非输出腔，输出腔的端口横截面(304)与矩形输出波导的横截面(305)之间形成的线性渐变过渡段，构成输出腔轴向过渡段(306)；各个非输出腔的端口横截面(307)以关于磁控管轴线方向的倾斜角α径向向内渐变到互作用区轴向过渡段(303)，构成非输出腔轴向过渡段(308)，其中倾斜角α根据优化效果确定；所述矩形输出波导(4)由一长为L宽为W的矩形波导组成，所述矩形波导的轴向中心线与磁控管的轴向中心线重合，矩形波导横截面的长度L和宽度W根据优化效果确定；所述外加磁场系统(5)由两个螺线管组成，在同轴输入结构(1)、谐振腔结构(2)和轴向输出过渡段(3)的外围圆柱空间区域，围绕磁控管的轴向方向加载两组螺线管，分别表示为螺线管I(501)和螺线管II(502)，两组螺线管分居磁控管谐振腔结构(2)的轴向中心平面的两侧，两组螺线管同步触发，且在磁控管互作用区内产生的轴向磁场大小和方向一致。