[发明专利]采用环形束冷阴极的X波段高阻抗相对论速调管放大器

权利要求书

1.一种采用环形束冷阴极的X波段高阻抗相对论速调管放大器，其特征在于：所述高阻抗相对论速调管放大器由阴极(1)、阴极屏蔽环(2)、阳极外筒(3)、高频信号注入口(4)、注入波导(5)、谐振腔(6)、漂移管(7)、同轴提取结构(8)、收集极(9)、支撑杆(10)、永磁磁场(11)组成；所述谐振腔(6)由输入腔(6a)、增益腔(6b)、末前腔(6c)、输出腔(6d)组成，所述漂移管(7)由一号漂移管(7a)、二号漂移管(7b)、三号漂移管(7c)、四号漂移管(7d)组成，所述高频信号注入口(4)、注入波导(5)、谐振腔(6)、漂移管(7)、同轴提取结构(8)、收集极(9)、支撑杆(10)组成高频结构，整个放大器关于中心轴线旋转对称；永磁磁场(11)安装在阳极外筒(3)和高频结构的外围空间区域，阴极(1)左端外接安装在脉冲功率源内导体上的阴极座，阳极外筒(3)左端外接脉冲功率源的外导体；

所述阴极(1)为一薄壁圆筒，壁厚为1mm，外半径R₂等于发射电子束的外半径，内半径R₃＝R₂-1mm；阴极屏蔽环(2)为一紧密嵌套在阴极外壁上的厚壁圆环筒，所述圆环筒的右端倒圆角，倒角半径等于圆环筒的壁厚r；阴极(1)伸出阴极屏蔽环(2)右端面的长度为D₁；

所述阳极外筒(3)为一内半径为R₁的圆柱筒，其左端开口，开口半径为R₁，右端采用一块中心开有半径为R₄的圆孔的圆环形盖板封闭，右端内侧壁与阴极(1)右端的轴向间距为D₂；

所述漂移管(7)由四段内表面光滑的圆筒组成，从左到右依次为一号漂移管(7a)、二号漂移管(7b)、三号漂移管(7c)、四号漂移管(7d)，其中一号漂移管(7a)、二号漂移管(7b)、三号漂移管(7c)的内半径均为R₄，四号漂移管(7d)的内半径为R₉，满足R₄<R₉，四段漂移管的长度分别为L₁、L₂、L₃、L₄；

所述谐振腔(6)由输入腔(6a)、增益腔(6b)、末前腔(6c)和输出腔(6d)共四个药盒型谐振腔组成，内半径依次为R₅、R₆、R₇、R₈，宽度分别是D₃、D₄、D₅、D₆；所述输入腔(6a)位于一号漂移管(7a)和二号漂移管(7b)之间、增益腔(6b)位于二号漂移管(7b)与三号漂移管(7c)之间、末前腔(6c)位于三号漂移管(7c)与四号漂移管(7d)之间、输出腔(6d)位于四号漂移管(7d)与收集极(10)之间，其中输入腔(7a)与注入波导(5)连接，种子高频微波信号通过注入波导(5)上开有的高频信号注入口(4)输入注入波导(5)，并在谐振腔内激发出高频电场对电子束产生调制，所述注入波导（5）及高频信号注入口的宽度均为h；

所述同轴提取结构(8)由一段内半径为R₈的圆柱形外筒(8a)、一段内半径为R₁₃的圆柱形外筒(8c)和一段圆台外筒(8b)及提取块(8d)组成，所述圆台外筒(8b)为内半径为R₈的圆柱形外筒(8a)及内半径为R₁₃的圆柱形外筒(8c)之间的连接段，圆台外筒(8b)的顶面半径为R₈，底面半径为R₁₃，倾斜角为θ，满足R₈<R₁₃，0°＜θ＜90°；所述提取块(8d)为一宽度为D₇、外半径为R₁₀、内半径为R₁₂的圆环，嵌套安装在收集极(9)上，提取块(8d)的左侧端面距离收集极(9)左侧端面的距离为L₅；

收集极(9)为一半径为R₁₂的圆柱体，同时作为同轴提取结构的内导体，所述收集极(9)内部挖空，其中左端被挖去一个长度为L₆、半径为R₉的圆柱体，接着以长度为L₆、半径为R₉的圆柱体的右侧端面为顶面，以倾斜角α从半径R₉渐变至半径为R₁₁，以半径R₁₁处所在平面为底面，向右挖出一个圆台，最后再以半径R₁₁处所在平面为底面，向右挖出一个顶部倾斜角为β的圆锥，满足R₉＜R₁₁，0°＜α＜90°，0°＜β＜90°；

所述收集极(9)与圆柱形外筒(8a)构成同轴提取结构的第一个同轴输出波导，所述同轴输 出波导与输出腔(6d)相连；所述收集极(9)与圆柱形外筒(8c)构成第二个同轴输出波导，第二个同轴输出波导同时作为微波输出口；所述收集极(9)通过一号支撑杆(10a)和二号支撑杆(10b)支撑固定在圆柱形外筒(8c)内壁，一号支撑杆(10a)距离提取块(8d)右侧端面的距离为L₇，二号支撑杆(10b)与一号支撑杆(10a)之间的距离为L₈，L₈约为RKA工作波长λ的四分之一；

永磁磁场(11)采用永磁体材料构成空心圆柱状环绕在阳极外筒(3)和高频结构的外围空间区域。

2.根据权利要求1所述采用环形束冷阴极的X波段高阻抗相对论速调管放大器，其特征在于：所述高阻抗相对论速调管放大器各结构参数如下，R₁＝70mm，R₂＝3mm，R₃＝2mm，R₄＝4.6mm，R₅＝10.7mm，R₆＝11mm，R₇＝10.4mm，R₈＝11mm，R₉＝4.8mm，R₁₀＝12mm,R₁₁＝8mm,R₁₂＝9mm，R₁₃＝14mm，D₁＝1mm，D₂＝23mm，D₃＝6.8mm，D₄＝3.6mm，D₅＝7.7mm，D₆＝10mm，D₇＝5mm，L₁＝60mm，L₂＝140mm，L₃＝151mm，L₄＝42mm，L₅＝75mm，L₆＝70mm，L₇＝34mm，L₈＝6.6mm，r＝12mm，h＝0.3mm，θ＝20°,α＝1.2°,β＝34°。