[发明专利]一种永磁封装的紧凑型Ku波段三轴相对论速调管放大器

说明书

本发明属于高功率微波技术领域，公开了一种永磁封装的紧凑型Ku波段三轴相对论速调管放大器(TKA)，包括阴极座201、阳极外筒202、阴极203、内导体204、注入腔205、第一群聚腔206、第一反射腔207、第二群聚腔208、第二反射腔209、提取腔210、电子束收集极211、锥波导212、反馈环213、微波输出口214、注入波导215、左侧永磁体磁场216a和右侧永磁体磁场216b，整体结构关于中心轴线旋转对称。本发明为HPM空间相干功率合成所需的模块化TKA提供了一种可行的技术方案，通过高频电磁结构的合理优化和利用腔体间的TEM模正反馈能量耦合来缩短器件的轴向长度，通过采用径向充磁的高磁性材料钕铁硼设计永磁体磁场，首次实现了Ku波段TKA一百公斤以内的永磁封装设计。

技术领域

本申请涉及高功率微波技术领域的微波源器件，特别是涉及一种永磁封装的紧凑型Ku波段三轴相对论速调管放大器。

背景技术

高功率微波(High Power Microwave,HPM)通常是指峰值功率大于100MW、频率在1～300GHz之间的电磁波。随着高功率微波技术领域的发展，为实现数十GW甚至是上百GW的HPM输出，研究人员提出了利用多个具有锁频锁相特性的HPM源进行空间相干功率合成的技术路线。

三轴相对论速调管放大器(Triaxial Klystron Amplifier,TKA)是一种基于电子束分布调制理论的HPM源器件，其利用相互独立的同轴谐振腔结构实现电子束的调制、群聚、能量转换和微波提取，能够在高频段(X及以上波段)实现锁频锁相的HPM输出，是实现高频段HPM空间相干功率合成的优选器件之一。

然而，TKA器件中电子束的调制和群聚分布在器件的不同区域中，相邻调制区域之间需要较长的漂移段来确保电子束的充分群聚。因此，在相同工作频率下，与电子束的调制和群聚在同一区域进行的HPM振荡器相比较，TKA的轴向尺寸要长很多。一般的，HPM源器件中电子束的轴向传输需要外加导引磁场进行约束，且此外加导引磁场通常由通电螺线管产生。由于TKA的轴向尺寸较长，因此在同一强度外加导引磁场下，TKA工作所需的通电螺线管尺寸明显大于同一工作频率HPM振荡器工作所需的通电螺线管尺寸。

通电螺线管尺寸的增大，一方面会导致通电螺线管能耗的上升；另一方面，通电螺线管及其附属的供能和水冷系统会导致HPM系统体积和能耗的增大，不利于TKA的模块化集成。

为提高整个HPM系统的能量利用率并减小系统体积，研究人员提出利用永磁体代替通电螺线管的方法。然而，由于TKA器件工作所需磁场强度较高以及TKA器件的轴向长度比同频段的HPM振荡器长很多，研究人员尚未实现TKA的模块化永磁封装。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种永磁封装的紧凑型Ku波段三轴相对论速调管放大器，能够实现TKA的模块化永磁封装。

一种永磁封装的紧凑型Ku波段三轴相对论速调管放大器，所述永磁封装的紧凑型Ku波段三轴相对论速调管放大器包括：

用于永磁封装的永磁体，以及设置在所述永磁体内的三轴相对论速调管放大器；

所述三轴相对论速调管放大器包括：注入腔、内导体、第一群聚腔和阳极外筒；

所述注入腔包括相对设置的注入腔内筒和注入腔外筒；所述注入腔内筒固定设在所述内导体上；所述注入腔外筒为同轴环形谐振腔，固定设在所述注入腔内筒和所述第一群聚腔之间，并且固定设在所述阳极外筒的内壁上；

所述注入腔内筒的内半径为R5，宽度为L5，与所述内导体204左侧端面的距离为L4；所述注入腔外筒的内半径为R6，外半径为R7，宽度为L6；所述注入腔外筒在正对所述注入腔内筒的位置设有宽度为L5的开口；L5的取值为工作波长λ的四分之一，L6的取值为工作波长λ的四分之三。