一種磁絕緣線振蕩器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于微波電子學領域，具體涉及一種磁絕緣線振蕩器，本發(fā)明可以應用于高功率微波技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著等離子體技術、脈沖功率技術的進步以及復雜PIC模擬工具的發(fā)展，高功率微波技術也迅速地發(fā)展起來，尤其是在高功率微波源的研制方面取得了極大的進展，先后出現(xiàn)了很多種不同類型的高功率微波器件。其中，磁絕緣線振蕩器(MIL0)是GW量級的同軸正交場器件，與線性磁控管非常相似。MIL0不需要外加磁場，其直流磁場是由管子內部電流提供，與其正交的直流電場一起決定了電子的漂移速度。MIL0產生的直流磁場阻止電子從陰極發(fā)射到陽極，這種自絕緣機制杜絕了陰陽極的電子擊穿，允許較高的外加電壓和較高的輸入功率。由于無需外加磁場，MIL0容易做到小型化和實用化。
[0003]由于受到物理機制的限制，即一部分管子內部電流被消耗用于產生絕緣的直流磁場而不參與束-波能量轉換，因此MIL0的功率效率都不夠高。名稱為“階梯陰極型L波段MIL0的實驗研究”的文章(強激光與粒子束，2007年第19卷第5期P)，公開了一種MIL0的實驗功率轉換效率約10%;名稱為“高效率磁絕緣線振蕩器的設計和數(shù)值模擬”的文章(強激光與粒子束，2008年第20卷第5期P)，公開了一種高效率MIL0，其數(shù)值模擬功率效率達到了20%，但是該MIL0結構較復雜，工程實現(xiàn)較困難。為此，在結構相對簡單且工程易實現(xiàn)的條件下，提高磁絕緣振蕩器的功率效率具有重要的意義。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種磁絕緣線振蕩器，用于提高磁絕緣振蕩器(MIL0)的功率效率，其功率效率可達20%左右。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案是:
一種磁絕緣線振蕩器，包括陽極外筒、陰極和收集極，所述陽極外筒內壁上設置有陽極葉片，所述收集極通過支撐桿固定在陽極外筒中，從振蕩器的輸入方向起在陽極葉片后方的陽極外筒上設置有提取腔。
[0006]在上述技術方案中，所述提取腔沿著陽極外筒內壁向外壁方向形成凹槽。
[0007]在上述技術方案中，所述提取腔與陽極外筒同軸心，均勻設置在陽極外筒內壁上。
[0008]在上述技術方案中，所述提取腔的寬度和高度可調。
[0009]在上述技術方案中，所述陽極葉片包括依次設置的1?3個截止片、3?6個主慢波葉片和1個提取葉片。
[0010]在上述技術方案中，所述每一個截止片的中心孔徑相近，每一個主慢波葉片的中心孔徑相近。
[0011 ]在上述技術方案中，所述截止片中心孔徑小于主慢波葉片中心孔徑，主慢波葉片中心孔徑小于提取葉片中心孔徑。
[0012]在上述技術方案中，所述截止片、主慢波葉片和提取葉片的葉片厚度依次逐漸變小。
[0013]在上述技術方案中，所述提取葉片的厚度為1mm?3mm。
[0014]本發(fā)明的磁絕緣線振蕩器的工作原理是:在強電場的作用下，電子從陰極的側面發(fā)射出來，其中一部分被收集極吸收，再經收集極與陽極之間的支撐桿流回陽極，這部分電子束流稱為負載電流，其功能是產生一個圍繞陰極的角向磁場，該磁場對慢波結構葉片下的電子束產生磁絕緣的作用。處于慢波結構葉片下的電子在陰陽極間的徑向電場和角向磁場的共同作用下沿軸向漂移，當電子的漂移速度接近陽極慢波結構微波場的相速度時，電子束與場(束-波)相互作用，電子束的能量轉換為場的能量，產生高功率微波，即電子束在向右的軸向運動過程中進行束-波能量轉換;通過減小陽極葉片厚度尤其是提取葉片的厚度，則減小了提取葉片對應發(fā)射的電子束在總電流中的比例，該部分電子束距離收集極很近，其不參與束-波互作用或者參與時間非常短，然后就被收集極或者陽極所收集，因此提高了長時間參與束-波互作用的電子束的比例，可提高束-波轉換效率;另外，通過增加合適的提取腔，既有利于束-波相互作用，又有利于微波功率的提取。提取輸出的高功率微波再傳輸?shù)酵S線和后端的福射天線。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
本發(fā)明中陽極葉片厚度逐漸變小，尤其是提取葉片厚度變小至最小(通常1?3_)，從而減小了較短時間參與或者不參與束-波互作用的電子束的比例，提高了束-波互作用的轉換效率;第二個是:在提取葉片后的陽極外筒上增加1個微波提取腔，從而增加了束-波互作用的能量轉換過程，并提高了微波提取的效率;其功率效率可達20%左右。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的結構示意圖；
其中是陰極，2是陽極外筒，3、4、5是截止葉片，6、7、8是主慢波葉片，9是提取葉片，10是提取腔，11是收集極，12是支撐桿。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖，對本發(fā)明作詳細的說明。
[0018]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0019]在圖1中，本發(fā)明的一種高效率磁絕緣線振蕩器，包括陰極、陽極外筒、陽極外筒內壁上設置的七個陽極葉片、提取腔、收集極和支撐桿，支撐桿由兩個同心圓和沿圓周方向均勻分布的四個支撐組成。
[0020]本實施例中，七個陽極葉片的厚度分別為8mm、8mm、8mm、7mm、6mm、5mm、2mm，設置了一個提取腔。
[0021]其連接關系是，陽極外筒內壁上依次設置的陽極葉片為三個中心孔徑相近的截止葉片、中段三個中心孔徑相近的主慢波葉片、一個提取葉片和一個提取腔，其中截止葉片中心孔徑小于中段主慢波葉片中心孔徑，中段主慢波葉片中心孔徑小于提取葉片中心孔徑。
[0022]所述的陽極外筒內右端設置有收集極，收集極通過支撐桿固定在陽極外筒中，支撐桿的內圓與收集極連接，支撐桿的內圓直徑與收集極外徑匹配，支撐桿的外圓與陽極外筒連接，支撐桿的外圓的外徑與陽極外筒的內徑匹配。
[0023]陽極外筒的左端外接高壓脈沖電源的外筒，陰極的左端與高壓脈沖電源的內導體相連。
[0024]本實施例中，在陽極外筒中設置的支撐桿為兩排。設置陽極葉片的腔體內徑小于陽極外筒的內徑。
[0025]本發(fā)明的磁絕緣振蕩器的工作過程是，由高壓脈沖電源輸入一個高壓電脈沖，在強電場的作用下，電子從陰極的側面發(fā)射出來，在陰陽極間的徑向電場和角向磁場的共同作用下沿軸向漂移，當電子的漂移速度與陽極慢波結構微波場的相速度相當時，電子束與場相互作用，電子束的能量轉換為微波場的能量，產生高功率微波。在PIC模擬中，按照L波段設計，當輸入電功率42.2 GW時器件電壓635 kV，輸出微波功率8.7 GW，功率效率達20.6%，輸出微波頻率為1.54GHz。
[0026]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種磁絕緣線振蕩器，包括陽極外筒、陰極和收集極，所述陽極外筒內壁上設置有陽極葉片，所述收集極通過支撐桿固定在陽極外筒中，其特征在于從振蕩器的輸入方向起在陽極葉片后方的陽極外筒上設置有提取腔。2.根據權利要求1所述的一種磁絕緣線振蕩器，其特征在于所述提取腔沿著陽極外筒內壁向外壁方向形成凹槽。3.根據權利要求2所述的一種磁絕緣線振蕩器，其特征在于所述提取腔與陽極外筒同軸心，均勻設置在陽極外筒內壁上。4.根據權利要求3所述的一種磁絕緣線振蕩器，其特征在于所述提取腔的寬度和高度可調。5.根據權利要求1所述的一種磁絕緣線振蕩器，其特征在于所述陽極葉片包括依次設置的1?3個截止片、3?6個主慢波葉片和1個提取葉片。6.根據權利要求5所述的一種磁絕緣線振蕩器，其特征在于所述每一個截止片的中心孔徑相近，每一個主慢波葉片的中心孔徑相近。7.根據權利要求6所述的一種磁絕緣線振蕩器，其特征在于所述截止片中心孔徑小于主慢波葉片中心孔徑，主慢波葉片中心孔徑小于提取葉片中心孔徑。8.根據權利要求5?7所述的任一一種磁絕緣線振蕩器，其特征在于所述截止片、主慢波葉片和提取葉片的葉片厚度依次逐漸變小。9.根據權利要求8所述的一種磁絕緣線振蕩器，其特征在于所述提取葉片的厚度為1mm?3mm0
【專利摘要】本發(fā)明公開一種磁絕緣線振蕩器，包括陽極外筒、陰極和收集極，所述陽極外筒內壁上設置有陽極葉片，所述收集極通過支撐桿固定在陽極外筒中，從振蕩器的輸入方向起在陽極葉片后方的陽極外筒上設置有提取腔；本發(fā)明中通過將陽極葉片的厚度逐步減小，減小了較短時間參與或者不參與束-波互作用的電子束的比例，提高了束-波互作用的轉換效率，設置提取腔，加了束-波互作用的能量轉換過程，并提高了微波提取的效率，最高可達20%。
【IPC分類】H01J23/24, H01J25/36
【公開號】CN105470074
【申請?zhí)枴緾N201610036253
【發(fā)明人】陳代兵, 張勇, 于愛民, 文杰, 金曉, 馬弘舸, 王冬
【申請人】中國工程物理研究院應用電子學研究所
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2016年1月20日