一種無(wú)引導(dǎo)磁場(chǎng)緊湊型高功率微波器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高功率微波器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)引導(dǎo)磁場(chǎng)緊湊型高功率微波器件。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)引導(dǎo)磁場(chǎng)器件研究逐步向高功率、高效率的方向發(fā)展。上世紀(jì)90年代，BarryM.Marder提出了基于渡越時(shí)間效應(yīng)的分離腔振蕩器，可以在較短的距離內(nèi)對(duì)強(qiáng)流相對(duì)論電子束進(jìn)行調(diào)制而且不需外加磁場(chǎng)。由于電流要軸向通過(guò)分離腔金屬網(wǎng)，并且要防止虛陰極的形成，因此電流密度不能過(guò)大，所以這種器件為高阻器件，在一定程度上影響了其輸出微波的功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]作為各種廣泛且細(xì)致的研究和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，利用環(huán)形強(qiáng)流電子束向內(nèi)發(fā)射，形成低阻抗器件，采用多層金屬網(wǎng)引導(dǎo)電子束傳輸，形成分離振蕩腔，能較大提高微波輸出效率?；谶@種發(fā)現(xiàn)，完成了本發(fā)明。
[0004]本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題和/或缺陷，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種無(wú)引導(dǎo)磁場(chǎng)緊湊型高功率微波器件，包括:
[0006]陽(yáng)極，其為具有容納腔的圓柱體;所述容納腔的內(nèi)部設(shè)置金屬網(wǎng)支撐區(qū)；
[0007]陰極，其設(shè)置在所述容納腔內(nèi)并通過(guò)絕緣子連接在所述陽(yáng)極的一個(gè)端面上;所述陰極為環(huán)形結(jié)構(gòu);所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上附著平絨以產(chǎn)生徑向向內(nèi)發(fā)射的環(huán)形電子束；
[0008]同軸內(nèi)導(dǎo)體，其通過(guò)支撐桿連接在所述容納腔內(nèi)；所述同軸內(nèi)導(dǎo)體的一端位于所述陰極的環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)；且所述同軸內(nèi)導(dǎo)體與所述容納腔形成同軸結(jié)構(gòu);所述同軸內(nèi)導(dǎo)體的另一端連接模式轉(zhuǎn)換器；
[0009]耦合板，其連接在所述同軸內(nèi)導(dǎo)體的端面上并位于所述陰極的環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)；
[0010]第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)，其套設(shè)在所述同軸內(nèi)導(dǎo)體上并與同軸內(nèi)導(dǎo)體形成同軸結(jié)構(gòu)；所述第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)通過(guò)金屬網(wǎng)支撐區(qū)與所述陽(yáng)極連接;所述第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)與所述耦合板連接，并位于所述平絨的下方；
[0011 ]第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)，其位于所述第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)內(nèi)并與第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)形成間隔空腔;所述第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)通過(guò)金屬網(wǎng)支撐區(qū)與所述陽(yáng)極連接；
[0012]第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)，其位于所述第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)內(nèi)并與第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)形成間隔空腔;所述第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)通過(guò)金屬網(wǎng)支撐區(qū)與所述陽(yáng)極連接；
[0013]第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)，其位于所述第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)內(nèi)并與第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)和同軸內(nèi)導(dǎo)體形成間隔空腔;所述第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)分別與所述耦合板、同軸內(nèi)導(dǎo)體連接；
[0014]其中，所述第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)、第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)、第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)和第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)為具有相同圓心不同半徑的金屬柵網(wǎng)；且四個(gè)環(huán)形金屬柵網(wǎng)與耦合板、同軸內(nèi)導(dǎo)體組成諧振腔。
[0015]優(yōu)選的是，所述絕緣子為增強(qiáng)尼龍絕緣子，其由增強(qiáng)尼龍制備而成。
[0016]優(yōu)選的是，還包括:微波輻射天線，其連接在所述陽(yáng)極的另一個(gè)端面上。
[0017]優(yōu)選的是，所述微波輻射天線為圓錐喇叭天線，所述圓錐喇叭天線的天線窗由聚四氟乙烯制備而成。
[0018]優(yōu)選的是，所述陽(yáng)極為無(wú)磁不銹鋼陽(yáng)極，其由無(wú)磁不銹鋼制備而成，所述金屬網(wǎng)支撐區(qū)的上部采用凹陷結(jié)構(gòu)。
[0019]優(yōu)選的是，所述同軸內(nèi)導(dǎo)體為無(wú)磁不銹鋼同軸內(nèi)導(dǎo)體，其由無(wú)磁不銹鋼制備而成。
[0020]優(yōu)選的是，所述第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)、第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)、第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)和第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)均為厚度為0.1cm的無(wú)磁不銹鋼環(huán)形金屬柵網(wǎng)，其由無(wú)磁不銹鋼制備而成。
[0021]優(yōu)選的是，所述第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)與第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)的間隔空間的距離為1.8cm;所述第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)與第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)的間隔空間的距離為1.8cm;所述第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)與第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)的間隔空間的距離大于1.8cm。
[0022]優(yōu)選的是，所述第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)和第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)的一端均與所述陽(yáng)極連接，另一端均懸空在所述容納腔內(nèi)并與所述耦合板間隔lcm。
[0023]優(yōu)選的是，所述支撐桿有兩根，兩根支撐桿間隔四分之一傳輸微波波長(zhǎng);所述支撐桿為無(wú)磁不銹鋼支撐桿，其由無(wú)磁不銹鋼制備而成。
[0024]本發(fā)明至少包括以下有益效果:
[0025](I)本發(fā)明針對(duì)分離腔振蕩器這一弱點(diǎn)，將電子束發(fā)射方式由軸向改為徑向，進(jìn)而得到了一種無(wú)引導(dǎo)磁場(chǎng)緊湊型高功率微波器件。這種器件利用金屬網(wǎng)來(lái)分隔腔體，由于電子束徑向發(fā)射，因此電子束的截面較大，能在電流密度較低的情況下傳輸更高的束流強(qiáng)度；同時(shí)徑向結(jié)構(gòu)使空間電荷效應(yīng)較小，空間極限電流大，即該器件允許有較大的束電流輸入，而不致產(chǎn)生虛陰極效應(yīng)。這些特點(diǎn)使得該器件比分離腔振蕩器更高效率和更高功率的微波輸出；
[0026](2)利用環(huán)形強(qiáng)流電子束徑向向內(nèi)發(fā)射，形成低阻抗器件，采用多層金屬網(wǎng)引導(dǎo)電子束傳輸，形成分離振蕩腔，能較大提高微波輸出效率;計(jì)算表明其微波輸出頻率主要與振蕩腔結(jié)構(gòu)有關(guān)，適應(yīng)范圍較寬，并且其輸出采用同軸結(jié)構(gòu)，微波模式較單一，利于微波提取及輻射；
[0027](3)采用電子束向內(nèi)發(fā)射，使器件整體結(jié)構(gòu)緊湊，并且使微波提取和模式轉(zhuǎn)換比較容易實(shí)現(xiàn)。微波輸出頻率主要與諧振腔結(jié)構(gòu)有關(guān)，為使器件整體結(jié)構(gòu)緊湊，可以通過(guò)同時(shí)調(diào)整諧振腔徑向及軸向尺寸，實(shí)現(xiàn)一定頻率的輸出。對(duì)徑向分離腔進(jìn)行開(kāi)放腔高頻結(jié)構(gòu)分析，計(jì)算表明腔內(nèi)只存在角向均勻的TM模式;對(duì)進(jìn)行束波互作用電磁場(chǎng)分析表明第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)和第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)形成的間隔空腔與第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)和第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)形成的間隔空腔內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)分布是逐步過(guò)渡的，使電子束可以與微波場(chǎng)進(jìn)行較多的能量交換，這是器件輸出效率較高的主要原因。
[0028]本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解?！靖綀D說(shuō)明】:
[0029]圖1為本發(fā)明無(wú)引導(dǎo)磁場(chǎng)緊湊型高功率微波器件的正面剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
:
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0031]應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語(yǔ)并不配出一個(gè)或多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。
[0032]圖1示出了本發(fā)明所述一種無(wú)引導(dǎo)磁場(chǎng)緊湊型高功率微波器件，包括:
[0033]陽(yáng)極3，其為具有容納腔13的圓柱體;所述容納腔的內(nèi)部設(shè)置金屬網(wǎng)支撐區(qū)15;
[0034]陰極2，其設(shè)置在所述容納腔13內(nèi)并通過(guò)絕緣子I連接在所述陽(yáng)極3的一個(gè)端面上；所述陰極2為環(huán)形結(jié)構(gòu);所述陰極2為無(wú)磁不銹鋼陰極;所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上附著平絨4以產(chǎn)生徑向向內(nèi)發(fā)射的環(huán)形電子束;所述絕緣子I的作用是對(duì)器件的陰極及陽(yáng)極進(jìn)行電絕緣，并與其密封連接固定，形成真空腔；
[0035]同軸內(nèi)導(dǎo)體9，其通過(guò)支撐桿10連接在所述容納腔13內(nèi)；所述同軸內(nèi)導(dǎo)體9的一端位于所述陰極2的環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)；且所述同軸內(nèi)導(dǎo)體9與所述容納腔13形成同軸結(jié)構(gòu);所述同軸內(nèi)導(dǎo)體9的另一端連接模式轉(zhuǎn)換器11;
[0036]耦合板14，其連接在所述同軸內(nèi)導(dǎo)體9的端面上并位于所述陰極2的環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)；
[0037]第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)5，其套設(shè)在所述同軸內(nèi)導(dǎo)體9上并與同軸內(nèi)導(dǎo)體9形成同軸結(jié)構(gòu);所述第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)5通過(guò)金屬網(wǎng)支撐區(qū)15與所述陽(yáng)極3連接，所述第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)5與所述耦合板14連接，并位于所述平絨4的下方；
[0038]第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)6，其位于所述第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)5內(nèi)并與第一環(huán)形金屬柵網(wǎng)5形成間隔空腔;所述第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)6通過(guò)金屬網(wǎng)支撐區(qū)15與所述陽(yáng)極3連接；
[0039]第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)7，其位于所述第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)6內(nèi)并與第二環(huán)形金屬柵網(wǎng)6形成間隔空腔;所述第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)7通過(guò)金屬網(wǎng)支撐區(qū)15與所述陽(yáng)極3連接；
[0040]第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)8，其位于所述第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)7內(nèi)并與第三環(huán)形金屬柵網(wǎng)7和同軸內(nèi)導(dǎo)體9形成間隔空腔;所述第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)8分別與所述耦合板14、同軸內(nèi)導(dǎo)體9連接;所述同軸內(nèi)導(dǎo)體9位于第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)8內(nèi)的部分的直徑小于其他部分的直徑，SP電子吸收負(fù)載區(qū)16，且其與第四環(huán)形金屬柵網(wǎng)8構(gòu)成電子收集區(qū)，其主要作用是采用金屬柵網(wǎng)將剩余電子引入吸收，電子吸收負(fù)載區(qū)的存在是為了防止進(jìn)入電子收集區(qū)的電子徑直穿過(guò)金屬柵網(wǎng)重新進(jìn)入