一種磁絕緣線振蕩器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波電子學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種磁絕緣線振蕩器，本發(fā)明可以應(yīng)用于高功率微波技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著等離子體技術(shù)、脈沖功率技術(shù)的進(jìn)步以及復(fù)雜PIC模擬工具的發(fā)展，高功率微波技術(shù)也迅速地發(fā)展起來(lái)，尤其是在高功率微波源的研制方面取得了極大的進(jìn)展，先后出現(xiàn)了很多種不同類型的高功率微波器件。其中，磁絕緣線振蕩器(MIL0)是GW量級(jí)的同軸正交場(chǎng)器件，與線性磁控管非常相似。MIL0不需要外加磁場(chǎng)，其直流磁場(chǎng)是由管子內(nèi)部電流提供，與其正交的直流電場(chǎng)一起決定了電子的漂移速度。MIL0產(chǎn)生的直流磁場(chǎng)阻止電子從陰極發(fā)射到陽(yáng)極，這種自絕緣機(jī)制杜絕了陰陽(yáng)極的電子擊穿，允許較高的外加電壓和較高的輸入功率。由于無(wú)需外加磁場(chǎng)，MIL0容易做到小型化和實(shí)用化。
[0003]由于受到物理機(jī)制的限制，即一部分管子內(nèi)部電流被消耗用于產(chǎn)生絕緣的直流磁場(chǎng)而不參與束-波能量轉(zhuǎn)換，因此MIL0的功率效率都不夠高。名稱為“階梯陰極型L波段MIL0的實(shí)驗(yàn)研究”的文章(強(qiáng)激光與粒子束，2007年第19卷第5期P)，公開(kāi)了一種MIL0的實(shí)驗(yàn)功率轉(zhuǎn)換效率約10%;名稱為“高效率磁絕緣線振蕩器的設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬”的文章(強(qiáng)激光與粒子束，2008年第20卷第5期P)，公開(kāi)了一種高效率MIL0，其數(shù)值模擬功率效率達(dá)到了20%，但是該MIL0結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工程實(shí)現(xiàn)較困難。為此，在結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單且工程易實(shí)現(xiàn)的條件下，提高磁絕緣振蕩器的功率效率具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種磁絕緣線振蕩器，用于提高磁絕緣振蕩器(MIL0)的功率效率，其功率效率可達(dá)20%左右。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種磁絕緣線振蕩器，包括陽(yáng)極外筒、陰極和收集極，所述陽(yáng)極外筒內(nèi)壁上設(shè)置有陽(yáng)極葉片，所述收集極通過(guò)支撐桿固定在陽(yáng)極外筒中，從振蕩器的輸入方向起在陽(yáng)極葉片后方的陽(yáng)極外筒上設(shè)置有提取腔。
[0006]在上述技術(shù)方案中，所述提取腔沿著陽(yáng)極外筒內(nèi)壁向外壁方向形成凹槽。
[0007]在上述技術(shù)方案中，所述提取腔與陽(yáng)極外筒同軸心，均勻設(shè)置在陽(yáng)極外筒內(nèi)壁上。
[0008]在上述技術(shù)方案中，所述提取腔的寬度和高度可調(diào)。
[0009]在上述技術(shù)方案中，所述陽(yáng)極葉片包括依次設(shè)置的1?3個(gè)截止片、3?6個(gè)主慢波葉片和1個(gè)提取葉片。
[0010]在上述技術(shù)方案中，所述每一個(gè)截止片的中心孔徑相近，每一個(gè)主慢波葉片的中心孔徑相近。
[0011 ]在上述技術(shù)方案中，所述截止片中心孔徑小于主慢波葉片中心孔徑，主慢波葉片中心孔徑小于提取葉片中心孔徑。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述截止片、主慢波葉片和提取葉片的葉片厚度依次逐漸變小。
[0013]在上述技術(shù)方案中，所述提取葉片的厚度為1mm?3mm。
[0014]本發(fā)明的磁絕緣線振蕩器的工作原理是:在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，電子從陰極的側(cè)面發(fā)射出來(lái)，其中一部分被收集極吸收，再經(jīng)收集極與陽(yáng)極之間的支撐桿流回陽(yáng)極，這部分電子束流稱為負(fù)載電流，其功能是產(chǎn)生一個(gè)圍繞陰極的角向磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)對(duì)慢波結(jié)構(gòu)葉片下的電子束產(chǎn)生磁絕緣的作用。處于慢波結(jié)構(gòu)葉片下的電子在陰陽(yáng)極間的徑向電場(chǎng)和角向磁場(chǎng)的共同作用下沿軸向漂移，當(dāng)電子的漂移速度接近陽(yáng)極慢波結(jié)構(gòu)微波場(chǎng)的相速度時(shí)，電子束與場(chǎng)(束-波)相互作用，電子束的能量轉(zhuǎn)換為場(chǎng)的能量，產(chǎn)生高功率微波，即電子束在向右的軸向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行束-波能量轉(zhuǎn)換;通過(guò)減小陽(yáng)極葉片厚度尤其是提取葉片的厚度，則減小了提取葉片對(duì)應(yīng)發(fā)射的電子束在總電流中的比例，該部分電子束距離收集極很近，其不參與束-波互作用或者參與時(shí)間非常短，然后就被收集極或者陽(yáng)極所收集，因此提高了長(zhǎng)時(shí)間參與束-波互作用的電子束的比例，可提高束-波轉(zhuǎn)換效率;另外，通過(guò)增加合適的提取腔，既有利于束-波相互作用，又有利于微波功率的提取。提取輸出的高功率微波再傳輸?shù)酵S線和后端的福射天線。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
本發(fā)明中陽(yáng)極葉片厚度逐漸變小，尤其是提取葉片厚度變小至最小(通常1?3_)，從而減小了較短時(shí)間參與或者不參與束-波互作用的電子束的比例，提高了束-波互作用的轉(zhuǎn)換效率;第二個(gè)是:在提取葉片后的陽(yáng)極外筒上增加1個(gè)微波提取腔，從而增加了束-波互作用的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，并提高了微波提取的效率;其功率效率可達(dá)20%左右。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
其中是陰極，2是陽(yáng)極外筒，3、4、5是截止葉片，6、7、8是主慢波葉片，9是提取葉片，10是提取腔，11是收集極，12是支撐桿。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0018]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0019]在圖1中，本發(fā)明的一種高效率磁絕緣線振蕩器，包括陰極、陽(yáng)極外筒、陽(yáng)極外筒內(nèi)壁上設(shè)置的七個(gè)陽(yáng)極葉片、提取腔、收集極和支撐桿，支撐桿由兩個(gè)同心圓和沿圓周方向均勻分布的四個(gè)支撐組成。
[0020]本實(shí)施例中，七個(gè)陽(yáng)極葉片的厚度分別為8mm、8mm、8mm、7mm、6mm、5mm、2mm，設(shè)置了一個(gè)提取腔。
[0021]其連接關(guān)系是，陽(yáng)極外筒內(nèi)壁上依次設(shè)置的陽(yáng)極葉片為三個(gè)中心孔徑相近的截止葉片、中段三個(gè)中心孔徑相近的主慢波葉片、一個(gè)提取葉片和一個(gè)提取腔，其中截止葉片中心孔徑小于中段主慢波葉片中心孔徑，中段主慢波葉片中心孔徑小于提取葉片中心孔徑。
[0022]所述的陽(yáng)極外筒內(nèi)右端設(shè)置有收集極，收集極通過(guò)支撐桿固定在陽(yáng)極外筒中，支撐桿的內(nèi)圓與收集極連接，支撐桿的內(nèi)圓直徑與收集極外徑匹配，支撐桿的外圓與陽(yáng)極外筒連接，支撐桿的外圓的外徑與陽(yáng)極外筒的內(nèi)徑匹配。
[0023]陽(yáng)極外筒的左端外接高壓脈沖電源的外筒，陰極的左端與高壓脈沖電源的內(nèi)導(dǎo)體相連。
[0024]本實(shí)施例中，在陽(yáng)極外筒中設(shè)置的支撐桿為兩排。設(shè)置陽(yáng)極葉片的腔體內(nèi)徑小于陽(yáng)極外筒的內(nèi)徑。
[0025]本發(fā)明的磁絕緣振蕩器的工作過(guò)程是，由高壓脈沖電源輸入一個(gè)高壓電脈沖，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，電子從陰極的側(cè)面發(fā)射出來(lái)，在陰陽(yáng)極間的徑向電場(chǎng)和角向磁場(chǎng)的共同作用下沿軸向漂移，當(dāng)電子的漂移速度與陽(yáng)極慢波結(jié)構(gòu)微波場(chǎng)的相速度相當(dāng)時(shí)，電子束與場(chǎng)相互作用，電子束的能量轉(zhuǎn)換為微波場(chǎng)的能量，產(chǎn)生高功率微波。在PIC模擬中，按照L波段設(shè)計(jì)，當(dāng)輸入電功率42.2 GW時(shí)器件電壓635 kV，輸出微波功率8.7 GW，功率效率達(dá)20.6%，輸出微波頻率為1.54GHz。
[0026]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磁絕緣線振蕩器，包括陽(yáng)極外筒、陰極和收集極，所述陽(yáng)極外筒內(nèi)壁上設(shè)置有陽(yáng)極葉片，所述收集極通過(guò)支撐桿固定在陽(yáng)極外筒中，其特征在于從振蕩器的輸入方向起在陽(yáng)極葉片后方的陽(yáng)極外筒上設(shè)置有提取腔。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁絕緣線振蕩器，其特征在于所述提取腔沿著陽(yáng)極外筒內(nèi)壁向外壁方向形成凹槽。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種磁絕緣線振蕩器，其特征在于所述提取腔與陽(yáng)極外筒同軸心，均勻設(shè)置在陽(yáng)極外筒內(nèi)壁上。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種磁絕緣線振蕩器，其特征在于所述提取腔的寬度和高度可調(diào)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁絕緣線振蕩器，其特征在于所述陽(yáng)極葉片包括依次設(shè)置的1?3個(gè)截止片、3?6個(gè)主慢波葉片和1個(gè)提取葉片。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種磁絕緣線振蕩器，其特征在于所述每一個(gè)截止片的中心孔徑相近，每一個(gè)主慢波葉片的中心孔徑相近。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種磁絕緣線振蕩器，其特征在于所述截止片中心孔徑小于主慢波葉片中心孔徑，主慢波葉片中心孔徑小于提取葉片中心孔徑。8.根據(jù)權(quán)利要求5?7所述的任一一種磁絕緣線振蕩器，其特征在于所述截止片、主慢波葉片和提取葉片的葉片厚度依次逐漸變小。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種磁絕緣線振蕩器，其特征在于所述提取葉片的厚度為1mm?3mm0
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種磁絕緣線振蕩器，包括陽(yáng)極外筒、陰極和收集極，所述陽(yáng)極外筒內(nèi)壁上設(shè)置有陽(yáng)極葉片，所述收集極通過(guò)支撐桿固定在陽(yáng)極外筒中，從振蕩器的輸入方向起在陽(yáng)極葉片后方的陽(yáng)極外筒上設(shè)置有提取腔；本發(fā)明中通過(guò)將陽(yáng)極葉片的厚度逐步減小，減小了較短時(shí)間參與或者不參與束-波互作用的電子束的比例，提高了束-波互作用的轉(zhuǎn)換效率，設(shè)置提取腔，加了束-波互作用的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，并提高了微波提取的效率，最高可達(dá)20%。
【IPC分類】H01J23/24, H01J25/36
【公開(kāi)號(hào)】CN105470074
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610036253
【發(fā)明人】陳代兵, 張勇, 于愛(ài)民, 文杰, 金曉, 馬弘舸, 王冬
【申請(qǐng)人】中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所
【公開(kāi)日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2016年1月20日