本發(fā)明屬于高功率微波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多天線耦合輸出結(jié)構(gòu)的相對(duì)論磁控管，本發(fā)明可以應(yīng)用于高功率微波技術(shù)領(lǐng)域的微波產(chǎn)生系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著高功率微波技術(shù)的發(fā)展，高功率微波技術(shù)研究越來(lái)越考慮實(shí)際的應(yīng)用需求，這對(duì)于高功率微波裝置的小型化，輕量化設(shè)計(jì)提出了較高的要求。

相對(duì)論磁控管（relativisticmagnetron，簡(jiǎn)稱rm）是重要的高功率微波管之一，它是普通磁控管在高電壓、大電流方向的直接外推。目前相對(duì)論磁控管的研究重點(diǎn)是盡量提高效率，并縮小系統(tǒng)的體積和重量以適應(yīng)多種小型化應(yīng)用需求。圍繞這一需求，各國(guó)學(xué)者進(jìn)行了大量研究。在其輸出結(jié)構(gòu)的研究報(bào)導(dǎo)中，傳統(tǒng)徑向輸出結(jié)構(gòu)由于采用縫隙耦合輸出，容易導(dǎo)致微波擊穿，不利于系統(tǒng)功率容量的提高；其次，采用傳統(tǒng)徑向輸出結(jié)構(gòu)要想在互作用空間產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)則要用一對(duì)helmholtz線圈，這時(shí)磁路系統(tǒng)的尺寸很龐大，不利于系統(tǒng)的小型化。隨著相對(duì)論磁控管輸出結(jié)構(gòu)研究的深入，近年來(lái)研究學(xué)者提出了衍射輸出和全腔提取輸出兩種輸出結(jié)構(gòu)。

衍射輸出結(jié)構(gòu)是指將磁控管的諧振腔（部分或者全部諧振腔）在軸向光滑漸變到一個(gè)喇叭天線，然后通過(guò)圓波導(dǎo)由喇叭天線輸出能量。由于其避免了縫隙耦合輸出能量，磁控管功率容量相比于傳統(tǒng)徑向輸出方式有明顯提高。美國(guó)新墨西哥大學(xué)的mikhail.i.fuks小組運(yùn)用粒子模擬軟件開(kāi)展了帶透明陰極的衍射輸出相對(duì)論磁控管設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果在2.45ghz頻率上，輸出功率達(dá)到1.4gw，效率達(dá)到70%。稍顯不足的是，在尺寸方面，衍射輸出磁控管漸變輸出口尺寸較大，增大了磁體小型化設(shè)計(jì)的難度。

greenwood和hoff等人提出了全腔提取軸向輸出結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)將磁控管相鄰諧振腔耦合孔以沿中心線對(duì)稱的形式與一個(gè)扇形輸出波導(dǎo)相連，當(dāng)磁控管工作在π模時(shí)，扇形輸出波導(dǎo)中將激勵(lì)起te11模。與傳統(tǒng)徑向輸出磁控管相比，這種結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱輸出的特點(diǎn)，對(duì)磁控管工作狀態(tài)影響較小。由于輸出微波以基模傳輸，其徑向尺寸相比于衍射輸出結(jié)構(gòu)可以有一定減小。但由于多根耦合輸出波導(dǎo)與磁控管諧振腔體同軸設(shè)置，所以系統(tǒng)橫向尺寸仍然較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種新型輸出結(jié)構(gòu)的相對(duì)論磁控管，該輸出結(jié)構(gòu)與已有的輸出結(jié)構(gòu)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、易于實(shí)現(xiàn)，不會(huì)額外增加系統(tǒng)橫向尺寸的優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種多天線耦合輸出結(jié)構(gòu)的相對(duì)論磁控管，包括陰極、陽(yáng)極外筒和設(shè)置在陽(yáng)極外筒內(nèi)的陽(yáng)極塊，所述陰極設(shè)置在陽(yáng)極外筒內(nèi)且兩者同軸心設(shè)置，所述陽(yáng)極塊設(shè)置在陰極與陽(yáng)極外筒之間且陽(yáng)極塊與陽(yáng)極外筒的內(nèi)壁連接；所述陽(yáng)極外筒內(nèi)設(shè)置有若干根耦合天線，所述耦合天線的一端與陽(yáng)極塊連接，耦合天線的另一端懸空，耦合天線與陽(yáng)極外筒軸向平行。

在上述技術(shù)方案中，所述陽(yáng)極外筒內(nèi)設(shè)置有若干個(gè)陽(yáng)極塊，每?jī)蓚€(gè)陽(yáng)極塊之間設(shè)置有間隙構(gòu)成諧振腔。

在上述技術(shù)方案中，所述若干個(gè)陽(yáng)極塊沿角向均勻環(huán)繞軸心。

在上述技術(shù)方案中，所述若干根耦合天線沿角向均勻環(huán)繞軸心。

在上述技術(shù)方案中，所述與陽(yáng)極塊連接的耦合天線的數(shù)目可調(diào)，與相連的陽(yáng)極塊的相對(duì)位置可調(diào)。

在上述技術(shù)方案中，輸出模式可以根據(jù)需要進(jìn)行改變。當(dāng)陽(yáng)極塊個(gè)數(shù)為2n個(gè)，所述耦合天線數(shù)目為n根，沿角向均勻分布時(shí)，相對(duì)論磁控管輸出模式為tm01模；當(dāng)陽(yáng)極塊個(gè)數(shù)為2(2m+1)個(gè)，所述耦合天線數(shù)目為2根，沿角向間隔180°分布時(shí)，相對(duì)論磁控管輸出模式為te11模,其中n為自然數(shù),m為自然數(shù)。

例如，當(dāng)在六腔相對(duì)論磁控管中，所述耦合天線數(shù)目為3根，沿角向間隔120°分布時(shí)，相對(duì)論磁控管輸出模式為tm01模。所述耦合天線數(shù)目為2根，沿角向間隔180°分布時(shí)，相對(duì)論磁控管輸出模式為te11模。

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)明的相對(duì)論磁控管，由于采用了耦合天線內(nèi)部放置的方法，整個(gè)輸出結(jié)構(gòu)是沿陰陽(yáng)極的軸向延伸，系統(tǒng)的橫向尺寸僅由微波管自身的陰陽(yáng)極尺寸決定，因此結(jié)構(gòu)較為緊湊。相對(duì)論微波管工作所需的磁體系統(tǒng)（如磁場(chǎng)線圈，永磁體等）一般都是套在微波管外部，所以微波管橫向尺寸的緊湊性也會(huì)影響外部磁場(chǎng)產(chǎn)生系統(tǒng)的尺寸大小。本發(fā)明的輸出結(jié)構(gòu)不會(huì)額外增加微波管的橫向尺寸，因此，更有利于外部的磁場(chǎng)產(chǎn)生系統(tǒng)的小型化設(shè)計(jì)。另外，此種相對(duì)論磁控管，其輸出模式可以根據(jù)需要進(jìn)行改變。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中：

圖1本發(fā)明的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；

圖2實(shí)施例1的輸出端口電場(chǎng)分布圖；

圖3實(shí)施例1的輸出端口磁場(chǎng)分布圖；

圖1中：1.陰極2.陽(yáng)極塊3.陽(yáng)極外筒4.耦合天線。

具體實(shí)施方式

本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)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。

圖1為本發(fā)明的多天線耦合輸出結(jié)構(gòu)相對(duì)論磁控管的結(jié)構(gòu)剖面示意圖，圖2，圖3是圖1結(jié)構(gòu)的粒子模擬輸出的電磁場(chǎng)分布圖。

本發(fā)明的多天線耦合輸出結(jié)構(gòu)相對(duì)論磁控管的基本工作原理與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的磁控管類似，通過(guò)陰極發(fā)射的電子與高頻場(chǎng)微波在諧振腔中的束波互作用發(fā)生能量交換，使電子的能量轉(zhuǎn)換成微波的能量，微波能量得到放大。其最大的不同點(diǎn)在于多天線耦合輸出結(jié)構(gòu)相對(duì)論磁控管的能量輸出結(jié)構(gòu)部分，其由多根耦合天線與陽(yáng)極外筒構(gòu)成。耦合天線一端與陽(yáng)極塊相連，一端懸空，沿軸向放置于陽(yáng)極外筒內(nèi)部。耦合天線沿角向均勻環(huán)繞軸心，與陽(yáng)極外筒的軸向延伸段共同實(shí)現(xiàn)磁控管的能量提取。所述耦合天線，形狀大小可調(diào)，其與相連的陽(yáng)極塊的相對(duì)位置可調(diào)。所述耦合天線，數(shù)目可以根據(jù)實(shí)際的陰陽(yáng)極結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，例如在典型的a6型相對(duì)論磁控管中，采用此種多天線耦合輸出結(jié)構(gòu)，當(dāng)耦合天線數(shù)目為三根，沿角向間隔120°分布時(shí)，相對(duì)論磁控管輸出模式為tm01模，當(dāng)耦合天線數(shù)目為兩根，沿角向間隔180°分布時(shí)，相對(duì)論磁控管輸出模式為te11模。此輸出結(jié)構(gòu)的輸出模式可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行變化。

本實(shí)施例為典型的a6型相對(duì)論磁控管，如圖1所示，包括陰極，陽(yáng)極塊，陽(yáng)極外筒和耦合天線。此陰極為透明陰極，由三部分組成，分別為陰極底柱，端帽，和三根相同大小的金屬柱。陰極底柱為半徑15.8mm，長(zhǎng)82mm的圓柱；陰極端帽為兩個(gè)半徑23.2mm，厚11mm的圓柱；三根金屬柱橫截面皆為內(nèi)半徑11mm，外半徑15.5mm，夾角20°的扇形，金屬柱長(zhǎng)度為157.4mm。設(shè)置六個(gè)陽(yáng)極塊，沿角向均勻環(huán)繞在陰極外圍，緊貼陽(yáng)極外筒內(nèi)壁，形成六個(gè)諧振腔。陽(yáng)極塊內(nèi)半徑為33mm，外半徑為60mm，張角為40°，陽(yáng)極塊軸向長(zhǎng)度為77.8mm。陽(yáng)極外筒總長(zhǎng)度為435mm，外半徑為66mm，陽(yáng)極外筒內(nèi)半徑為60mm。三根耦合天線端部分別與間隔的三個(gè)陽(yáng)極塊相連，沿軸向排列于陽(yáng)極外筒內(nèi)部。三個(gè)陽(yáng)極塊與三根耦合天線相交的位置相同，均位于陽(yáng)極塊橫截面的角向中心線上。耦合天線的橫截面是半徑為4.7mm的圓形，長(zhǎng)度為113.4mm，耦合天線軸心線與陽(yáng)極外筒內(nèi)表面距離為33.8mm。三根耦合天線與陽(yáng)極外筒共同形成了輸出結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)微波輸出。

利用粒子模擬軟件對(duì)上述結(jié)構(gòu)的相對(duì)論磁控管進(jìn)行計(jì)算，相對(duì)論磁控管工作正常。模擬得到在0.38t的磁場(chǎng)條件下，輸入電壓為592kv，輸入電流為6.77ka時(shí)，微波輸出為1.41gw，功率效率為35.1%。微波輸出場(chǎng)分布如圖2、圖3所示，微波輸出模式為tm01模。由于該種輸出結(jié)構(gòu)的相對(duì)論磁控管整體結(jié)構(gòu)緊湊，故該發(fā)明可用于對(duì)小型化要求嚴(yán)格的高功率微波系統(tǒng)之中

本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書(shū)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(guò)程的步驟或任何新的組合。