[发明专利]一种可直接输出双频微波的双电子束相对论返波管

说明书

本发明公开了一种可直接输出双频微波的双电子束相对论返波管，属于高功率微波器件技术领域。本发明采用同心双环形阴极和连接在一起的第一、第二高频结构，第一高频结构包括外导体预调制腔、外导体慢波结构和外电子束收集极，第二高频结构包括内导体预调制腔、内导体慢波结构、漂移段和内电子束收集极。同心双环形阴极发射出的两列电子束分别于内、外导体慢波结构发生束波作用，产生两种不同频率的TM01模式的电磁波，并且实现在整个器件内部的自然合成得到稳定的拍波。相较于已有的双频同轴相对论返波管，本发明中的内、外导体之间是直接连接在一起的，不需要额外设计内、外导体之间的支撑连接杆，器件结构简单，易于加工。

技术领域

本发明属于高功率微波器件技术领域，具体涉及一种可直接输出双频微波的双电子束相对论返波管。

背景技术

近年来，高功率微波器件在高功率、高效率、高重频、长脉冲、低磁场等方面已经开展了很多的研究，与此同时，单个高功率微波器件产生双频微波也成为了一个新的研究方向。双频高功率微波器件产生的拍波可以用于攻击电子系统以及各种通信系统。拍波的瞬时功率高，能够有效地提升作用距离，另外形成的拍波频谱成分丰富，可以利用高频载波来发射低频微波，低频信号的衍射效应有利于后门耦合，可以有效地扩展目标作用范围。双频高功率微波器件的研究有利于进一步拓展传统高功率微波器件的输出频谱特性，在国防军事领域有着重要的研究意义。

相对论返波管(Relativistic Backward Wave Oscillator,RBWO)是目前最有潜力走向实用化的高功率微波源之一。当前，在相对论返波管中产生双频微波的方法主要有两种：一种是在RBWO中使用分段式的慢波结构，电子束与两段慢波结构发生束波作用产生两列不同频率的电磁波，该结构虽然简单，但是其转换效率受到较大限制。第二种是使用双电子束同轴嵌套RBWO，该结构含有两段慢波结构和两个输出通道，产生的两列微波分别沿着各自的通道传输后再进行合成。这种结构束波转换效率相比于第一种效率有所提升，但是其结构变得相对复杂，并且还需要额外设计同轴结构中内外导体之间的连接杆。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种结构简单且束波转换效率大的可直接输出双频微波的双电子束相对论返波管。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种可直接输出双频微波的双电子束相对论返波管，包括同心双环形阴极、磁场线圈、第一高频结构和第二高频结构；

所述第一高频结构由外导体预调制腔、外导体慢波结构和外电子束收集极依次连接组成；所述第二高频结构由内导体预调制腔、内导体慢波结构、漂移段和内电子束收集极依次连接组成；

所述外导体慢波结构与内导体慢波结构之间的区域形成第一束波作用区，所述内导体慢波结构下方区域为第二束波作用区；

外电子束收集极末端与第二高频结构连接构成一个整体，磁场线圈能够产生轴向引导磁场；

同心双环形阴极置于第一高频结构和第二高频结构的前端，能够同时发射出两列环形电子束，两列电子束分别与外导体慢波结构和内导体慢波结构进行束波作用，产生不同频率的电磁波。

优选地，在第一束波作用区，同心双环形阴极发射的外电子束与外导体慢波结构进行束波作用产生第一电磁波；在第二束波作用区，同心双环形阴极发射的内电子束与内导体慢波结构进行束波作用产生第二电磁波。

优选地，所述外导体慢波结构由两段经过倒角处理的矩形波纹构成，两段矩形波纹的周期不同、波纹深度不同。

进一步优选地，第一段波纹周期有4个，第二段波纹周期有3个，两部分的波纹周期和深度不同，以提高外电子束与外导体慢波结构的束波作用强度，最大化的提升转换效率。