本發(fā)明涉及高功率微波器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可產(chǎn)生三頻點的相對論返波振蕩器。

背景技術(shù)：

近年來，高功率微波源在追求高功率、高效率以及實現(xiàn)長脈沖和高重頻運行的同時，也呈現(xiàn)出了其他的一些發(fā)展特點，如追求單個微波源器件產(chǎn)生具有多個頻率的微波。該類型的器件能夠?qū)崿F(xiàn)單一振蕩器的多頻輸出，是對單頻振蕩器的拓展研究和集成創(chuàng)新應(yīng)用，具有一定的學術(shù)價值和潛在的應(yīng)用前景。相對論返波振蕩器具有高功率、高效率、適合重頻運行的工作特點，是目前最有潛力的高功率微波產(chǎn)生器件之一，在高功率微波產(chǎn)生器件中占有重要的地位，多頻相對論返波振蕩器的研究有利于進一步拓展其應(yīng)用，具有重要的現(xiàn)實意義。

由于高功率微波的應(yīng)用潛力，特別是作為復雜電磁環(huán)境構(gòu)建及定向能裝備的使用，使得高功率微波技術(shù)在現(xiàn)代電子信息方面的作用更為誘人。最近的研究表明，如果用兩個或多個頻率的高功率微波束攻擊電子系統(tǒng)，所需要的破壞閾值會降低，采用這種技術(shù)會使功率微波技術(shù)更快地趨于實用。然而，國內(nèi)外報道的產(chǎn)生雙頻高功率微波方法其實質(zhì)均為用兩套單獨的單頻微波源，這種方法存在一些不足：首先兩套或多套獨立運行的微波源同步輸出將存在一定困難；其次，兩套或多套獨立運行的微波源的空間輻射方向圖較為復雜，不利于高功率微波的實際應(yīng)用；另外，兩套獨立運行的微波源還會增加研究成本。因此，研究一種能可控輸出不同單頻或同時輸出兩個頻率的微波源將具有重要的學術(shù)價值和應(yīng)用價值，這也是高功率微波技術(shù)研究的又一個新的研究方向，將為高功率微波效應(yīng)研究提供很好的基礎(chǔ)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是利用同軸相對論返波振蕩器的結(jié)構(gòu)特點研究，將低頻器件中同軸內(nèi)導體作為中頻段器件，中頻器件中同軸內(nèi)導體作為高頻段器件，利用可控三直徑陰極使相對論返波振蕩器可根據(jù)需要依次產(chǎn)生低頻、中頻及高頻三個單頻高功率微波。本發(fā)明中的低頻及高頻器件可根據(jù)實際頻率需求進行相應(yīng)的設(shè)計，結(jié)構(gòu)靈活多變，在高功率微波器件中可以很好的實現(xiàn)三頻可控高功率微波的產(chǎn)生。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種可產(chǎn)生三頻點的相對論返波振蕩器，包括高功率微波器件、通過絕緣子支撐設(shè)置在高功率微波器件內(nèi)的陰極和輻射天線，

所述陰極包括依次穿過陰極中心軸且同軸設(shè)置的低頻段陰極、中頻段陰極、高頻段陰極以及各自與三個陰極固定連接的電機，所述中頻段陰極設(shè)置在低頻段陰極的開口段內(nèi)，高頻段陰極設(shè)置在中頻段陰極的開口段內(nèi)；一個電機的輸出端連接到低頻段陰極的封閉端上，一個電機的輸出端穿過低頻段陰極的封閉端連接到中頻段陰極的封閉端上，最后一個電機固定設(shè)置在陰極中心軸端部且輸出端連接到高頻段陰極的封閉端上，所述低頻段陰極、中頻段陰極、高頻段陰極在各自電機的驅(qū)動下沿著陰極中心軸作軸向水平移動；

所述高功率微波器件包括同軸設(shè)置的低頻段器件、中頻段器件、高頻段器件，所述高頻段器件設(shè)置在中頻段器件內(nèi)且兩者之間通過連接件固定連接為一體，所述中頻段器件設(shè)置在低頻段器件內(nèi)，且兩者之間通過連接件固定連接為一體，所述低頻段器件、中頻段器件、高頻段器件的尾部對應(yīng)連接低頻段器件輻射天線、中頻段器件輻射天線、高頻段器件輻射天線；

所述低頻段陰極、中頻段陰極、高頻段陰極產(chǎn)生的不同直徑的電子束各自與低頻段器件、中頻段器件、高頻段器件對應(yīng)；

所述絕緣子、陰極、高功率微波器件、低頻段器件輻射天線構(gòu)成密封真空腔體。

在上述技術(shù)方案中，所述三個電機相互獨立設(shè)置，低頻段陰極、中頻段陰極、高頻段陰極在沿著陰極中心軸移動時相互不干涉。

在上述技術(shù)方案中，所述連接件為兩個間隔的環(huán)形圓環(huán)。

在上述技術(shù)方案中，所述兩個環(huán)形圓環(huán)兩端的連接點處于等電位狀態(tài)。

在上述技術(shù)方案中，所述兩個環(huán)形圓環(huán)之間間隔四分之一頻段波長。

在上述技術(shù)方案中，中頻段器件與高頻段器件之間的兩個環(huán)形圓環(huán)之間間隔四份之一中頻波長。

在上述技術(shù)方案中，中頻段器件與低頻段器件之間的兩個環(huán)形圓環(huán)之間間隔四份之一低頻波長。

在上述技術(shù)方案中，所述低頻器件中采用后置功率提取腔及電子束與前向波相互作用的結(jié)構(gòu)，所述中頻器件中采用前置反射腔及多慢波結(jié)構(gòu)，所述高頻器件采用前置電子束預調(diào)制結(jié)構(gòu)。

在上述技術(shù)方案中，高頻器件輻射末端的外部尺寸結(jié)構(gòu)為中頻器件TEM模式至TM₀₁模式的模式轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部尺寸結(jié)構(gòu)為高頻器件輻射喇叭天線；中頻器件輻射末端的外部尺寸結(jié)構(gòu)為低頻器件TEM模式至TM₀₁模式的模式轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部尺寸結(jié)構(gòu)為中頻器件輻射喇叭天線。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明利用同軸相對論返波振蕩器的結(jié)構(gòu)特點研究，將低頻器件中同軸內(nèi)導體作為高頻段器件，利用可控雙直徑電子束使相對論返波振蕩器可根據(jù)需要依次產(chǎn)生低、中、高三個頻段的單頻高功率微波。本發(fā)明中的各頻段的微波器件可根據(jù)實際頻率需求進行相應(yīng)的設(shè)計，結(jié)構(gòu)靈活多變，在高功率微波器件中可以很好的實現(xiàn)三頻可控高功率微波的產(chǎn)生。

附圖說明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1為本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)正面剖視圖；

圖2為本發(fā)明的可控三直徑陰極正面剖視圖；

圖3、圖4、圖5是陰極的運動狀態(tài)示意圖；

其中，1為絕緣子，材料為尼龍，其作用是對器件陰陽極進行絕緣隔離；2為可控三直徑電子束發(fā)射陰極，其內(nèi)部具有分布與三個不同直徑陰極固定連接的步進電機，可通過有線及無線的方式控制各個步進電機，進而控制不同直徑陰極的軸向位置；3為控制低頻段陰極的步進電機；4為控制中頻段陰極的步進電機；5為控制高頻段陰極的步進電機；6為低頻段器件陰極；7為中頻段器件陰極；8為高頻段器件陰極；9為低頻段器件；10為中頻段器件；11為高頻段器件；12為低頻段器件內(nèi)的由軸向磁場引導的強流電子束；13為中頻段器件內(nèi)的由軸向磁場引導的強流電子束；14為高頻段器件內(nèi)的由軸向磁場引導的強流電子束；15為低頻器件與中頻器件連接固定的內(nèi)的兩個軸向間隔四分之一低頻波長的支撐圓環(huán)，其作用是固定中頻段器件并使兩個波段的器件處于等電位狀態(tài)；16為中頻器件與高頻器件連接固定的內(nèi)的兩個軸向間隔四分之一中頻波長的支撐圓環(huán)，其作用是固定高頻段器件并使兩個波段的器件處于等電位狀態(tài)；17為低頻段器件輻射天線；18為中頻段相對論返波振蕩器輻射末端，其外部尺寸結(jié)構(gòu)為低頻段TEM模式至TM₀₁模式的模式轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部尺寸結(jié)構(gòu)為中段器件輻射喇叭天線；19為高頻段相對論返波振蕩器輻射末端，其外部尺寸結(jié)構(gòu)為中頻段TEM模式至TM₀₁模式的模式轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部尺寸結(jié)構(gòu)為高段器件輻射喇叭天線；20為三頻段輻射天線介質(zhì)窗，材料為聚四氟乙烯，其厚度應(yīng)滿足三個頻率的最小反射系數(shù)。絕緣子、陰極、高功率微波器件及輻射天線構(gòu)成真空腔，真空度一般為毫帕。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

如圖1 、圖2所示，本發(fā)明利用同軸相對論返波振蕩器的結(jié)構(gòu)特點研究，將低頻器件中同軸內(nèi)導體作為中頻段器件，中頻器件中同軸內(nèi)導體作為高頻段器件。利用可控同軸三直徑陰極使相對論返波振蕩器可根據(jù)需要依次產(chǎn)生低、中、高三個波段的單頻高功率微波。

可控三直徑陰極由同軸的內(nèi)、中、外環(huán)形陰極組成，并分別于控制各個陰極軸向位置的步進電機固定連接。通過三個步進電機的可控調(diào)節(jié)，實現(xiàn)三發(fā)射直徑陰極的可控產(chǎn)生不同直徑的強流電子束。三頻可控相對論返波振蕩器中低頻器件中采用后置功率提取腔及電子束與前向波相互作用的設(shè)計方法，在保證束波轉(zhuǎn)換效率前提下，減少了慢波結(jié)構(gòu)周期，大幅度減小器件軸向尺寸。中頻器件中采用前置反射腔及多慢波結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，充分利用低頻器件的軸向空間，提高束波轉(zhuǎn)換效率。高頻器件采用前置電子束預調(diào)制設(shè)計方法，充分利用中頻器件軸向空間，極大提高束波轉(zhuǎn)換效率。

在高頻器件微波輸出端，通過兩個軸向間隔四分之一中頻波長的支撐圓環(huán)與中頻器件連接。使得高頻與中頻兩個波段的器件處于等電位狀態(tài)。在中頻器件微波輸出端，通過兩個軸向間隔四分之一低頻波長的支撐圓環(huán)與低頻器件連接。使得中頻與低頻兩個波段的器件處于等電位狀態(tài)。

作為同軸內(nèi)導體的高頻器件輻射末端，其外部尺寸結(jié)構(gòu)為中頻器件TEM模式至TM₀₁模式的模式轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部尺寸結(jié)構(gòu)為高頻器件輻射喇叭天線。作為同軸內(nèi)導體的中頻器件輻射末端，其外部尺寸結(jié)構(gòu)為低頻器件TEM模式至TM₀₁模式的模式轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部尺寸結(jié)構(gòu)為中頻器件輻射喇叭天線。

在三頻可控相對論返波振蕩器中低頻器件輻射天線介質(zhì)窗（材料一般為聚四氟乙烯），同時作為中頻器件及高頻器件的輻射天線介質(zhì)窗。介質(zhì)窗的厚度同是滿足三個頻段微波輻射的最優(yōu)尺寸。介質(zhì)窗厚度的最優(yōu)尺寸計算公式為：

其中為微波波長，為介質(zhì)窗材料的相對介電常數(shù)。根據(jù)公式得到的三個波段微波各自所需的介質(zhì)窗厚度與n的關(guān)系曲線，最終確定介質(zhì)窗的最佳厚度。此時，介質(zhì)窗對三個波段微波的反射都達到最小。

三個不同直徑的發(fā)射陰極與陰極內(nèi)部三個步進電機連接固定。實施過程中通過陰極內(nèi)部的與低頻段陰極連接的步進電機工作，使得低頻段陰極與陽極之間距離達到電子束發(fā)射距離；并且中、高頻段的陰極通過各自步進電機的控制軸向運動至陰極內(nèi)部，陰陽極間距離加大，使得中、高頻陰極不能發(fā)射電子束；在陰極與器件之間施加高電壓，低頻段陰極發(fā)射強流電子束進入低頻段器件，則通過天線輻射產(chǎn)生低頻高功率微波。其陰極狀態(tài)如圖3所示。通過陰極內(nèi)部的與中頻段陰極連接的步進電機工作，使得中頻段陰極與陽極之間距離達到電子束發(fā)射距離；并且低、高頻段的陰極通過各自步進電機的控制軸向運動至陰極內(nèi)部，陰陽極間距離加大，使得低、高頻陰極不能發(fā)射電子束；在陰極與器件之間施加高電壓，中頻段陰極發(fā)射強流電子束進入低頻段器件，則通過天線輻射產(chǎn)生中頻段高功率微波。其陰極狀態(tài)如圖4所示。

通過陰極內(nèi)部的與高頻段陰極連接的步進電機工作，使得高頻段陰極與陽極之間距離達到電子束發(fā)射距離；并且低、中頻段的陰極通過各自步進電機的控制軸向運動至陰極內(nèi)部，陰陽極間距離加大，使得低、中頻段陰極不能發(fā)射電子束；在陰極與器件之間施加高電壓，高頻段陰極發(fā)射強流電子束進入高頻段器件，則通過天線輻射產(chǎn)生高頻高功率微波。其陰極狀態(tài)如圖5所示。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。