[发明专利]一种反馈增强的相对论返波管

说明书

为了提高相对论返波管的束波转换效率，本发明提高一种反馈增强的相对论返波管。包括返波管管体、环形阴极、谐振反射器、慢波结构、提取腔、输出波导和磁场线圈；还包括依次位于提取腔与输出波导之间的圆波导及波导腔；波导腔用于将部分输出微波反射至提取腔内；波导腔由两个梯形腔构成；波导腔的内半径分别为r₁、r₂、r₃和R₁₂；内半径r₁和r₂对TM₀₃模截止；内半径r₃和R₁₂对TM₀₁模导通，TM₀₂模截止；圆波导的内半径R₁₁对TM₀₁模导通，对TM₀₂模截止；圆波导的轴向长度L至少半个导波波长内可调，满足λ_g/2＜L，其中λ_g为TM₀₁模的导波波长。通过改变圆波导的轴向长度可以有效调节微波反馈的相位，当反馈增强时可以增强提取腔内的工作场强，进一步实现更充分的电子束减速，提高器件束波转换效率。

技术领域

本发明属于高功率微波技术领域，特别是涉及一种反馈增强的相对论返波管。

背景技术

相对论返波管是当前最有潜力的高功率微波(high power microwave，以下简称HPM)器件之一，其具有输出微波功率和转换效率高、稳定可靠、适合重复频率脉冲工作等特点，是国内外HPM器件研究的重点。

肖仁珍等人于2009年发明了速调型相对论返波管，其基本构型如附图1所示(R.Z.Xiao,C.H.Chen,X.W.Zhang,and J.Sun,J.Appl.Phys.105,053306(2009).)。它包括环形阴极1、谐振反射器2、慢波结构3、提取腔4、输出波导5和磁场线圈6。环形阴极1位于装置前端，在高压脉冲作用下向管内发射环形相对论电子束；谐振反射器2、慢波结构3、提取腔4和输出波导5依次置于环形阴极1后侧；磁场线圈6安装在整个结构的外围，用于产生约束环形相对论电子束的导引磁场。

工作时，由环形阴极1发射环形相对论电子束，在磁场线圈6产生的磁场引导下，经过谐振反射器2，获得一定的预调制。随即进入非均匀慢波结构3中，与电磁波产生初步相互作用，调制逐渐加深。接下来，电子束进入提取腔4，电子束的能量充分转化为微波能量，作用后的电子束被收集在空心圆波导5上。产生的部分微波向环形阴极1方向传输，被谐振反射器2反射，重新经过慢波结构3和提取腔4后由输出波导5输出。

利用已有的技术，在0.32T磁场引导下，在二极管电压880kV，电流13.9kA时，可产生3.3GW的微波功率，微波频率为4.35GHz，束波转换效率为28％。H.D.Wang,R.Z.Xiao,C.H.Chen,Y.C.Shi,and G.S.Zhang.Preliminary investigation of amagneticallyinsulated relativistic backward waveoscillator operating in theC-band with lowmagnetic field,Phys.Plasmas 27,043101(2020)。

发明内容

本发明的目的是提供一种反馈增强的相对论返波管，以进一步提高相对论返波管的束波转换效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种反馈增强的相对论返波管，包括返波管管体、环形阴极、谐振反射器、慢波结构、提取腔、输出波导和磁场线圈；

所述环形阴极位于返波管管体前侧，在高压脉冲作用下向返波管管体内发射环形相对论电子束；所述谐振反射器、慢波结构、提取腔、输出波导依次置于环形阴极后侧；所述磁场线圈安装在环形阴极、谐振反射器、慢波结构、提取腔及输出波导的外围，用于产生约束环形相对论电子束的导引磁场；

其特殊之处在于：