[发明专利]一种磁控管同轴高斯模式微波提取器

说明书

本发明公开了一种磁控管同轴高斯模式微波提取器，包括中空的圆柱形的同轴波导体；同轴波导体包括内导体(1)和外导体(4)；内导体为圆柱形，位于同轴波导体底部的轴心位置；外导体与同轴波导体的外壳相连；且外导体的具有一个锥形的且锥口朝上凹陷部；其特征在于，外导体上设有2*n个周向等分布置的作用腔；n≥3，n为自然数；其中一对相对的作用腔的最大径向尺寸大于其余的n‑1对作用腔的最大径向尺寸，所述的一对相对的作用腔记为第一作用腔(3)，所述的其余的n‑1对作用腔记为第二作用腔(2)。该磁控管同轴高斯模式微波提取器结构紧凑，效率高。

技术领域

本发明属于微波技术领域，涉及一种磁控管同轴高斯模式微波提取器。

背景技术

微波技术起源于20世纪40年代，是一种将电能或光能转化成空间时变电磁场的物理技术。微波技术在雷达、遥感、远距离通信，生物医药、无损检测、基因工程、新能源领域均具有十分重要的作用。目前，微波技术重点向高能量、高功率、高频率方向发展，产生微波的元器件以及微波系统设备向小型化、自动化、多功能化方向发展。

微波管是微波产生系统的核心部件，其主要功能是将电能通过电子与空间谐振场的相互作用转化成微波能。磁控管属于微波管的一种，主要由四部分组成：电子发射极、高频互作用腔、收集极和微波提取器。微波提取器的主要作用是将高频互作用腔中产生的微波有效提取和输出的装置。通常情况下，磁控管的微波提取器安放在高频互作用腔的底部，采用孔缝耦合的方式，实现微波的提取输出。这种微波提取器被称为径向微波提取器。径向微波提取器一般是由矩形波导或变张角喇叭构成，输出微波的初始方向与磁控管的轴线方向相垂直。径向微波提取器的主要缺点在于：1.输入与输出不同轴；2.径向分支系统较大；3.磁场被分割；4.很高功率水平下无法使用。为此，科研人员提出了一种将特殊的圆波导结构直接加载到磁控管的轴向末端，实现微波的共轴提取，解决磁控管目前存在的问题。美国新墨西哥州大学研究人员最早提出一种磁控管微波提取器【M.I.Fuks，N.F.Kovalev，A.D.Andreev，and E.Schamiloglu.Mode Conversion in a Mangetron With AxialExtraction of Radiation.IEEE Trans.Plasma.Sci.34，620-628，2006.】，参见图1，其特点是将高频互作用腔逐渐渐变到一个与之连接的圆波导内壁上。该共轴微波提取器虽然解决了输入与输出不同轴，存在径向分支的问题，但微波提取效率很低，只有10％左右。随后，日本长冈技术大学的科研人员提出了一种改进方案，即在微波提取器内部增加一个角度变量使得渐变高频互作用腔具有较大的内张角【M.Daimon and W.Jianga.Modifiedconfiguration of relativistic magnetron with diffraction output forefficiency improvement.Appl.Phys.Lett.91，191503，2007.】。研究结果表明：改进后的磁控管微波提取器有利于提取效率的提高。为了整管的紧凑化和小型化，实现直接输出高斯模式微波，中国国防科技大学科研人员提出了一种能够辐射TE₁₁模式微波的磁控管微波提取器【Wei Li，YongGui Liu.An efficient mode conversion configuration inrelativistic magnetron with axial diffraction output.J.Appl.Phys.106，053303，2009.】，通过只渐变角向两个直线对称的高频互作用腔实现准高斯微波模式的提取。但是在进一步的研究中发现，该型磁控管微波提取器输出高斯模式不纯净，微波提取效率偏低。

图1为背景技术所述的美国新墨西哥州大学磁控管微波提取器。由于采用圆波导结构，并且波导内的角向作用腔全部采用渐变形式到圆波导上，因此微波功率提取效率低，辐射模式难以保证。