[发明专利]一种高功率微波源同轴高频电磁结构的冷测装置

说明书

本发明公开了一种高功率微波源同轴高频电磁结构的冷测装置，所述冷测装置关于中心轴线旋转对称，该冷测装置包括内筒部分、外筒部分和介质内衬部分，所述内筒部分同轴嵌套于外筒部分内，所述介质内衬部分位于内筒部分和外筒部分之间，所述冷测装置具有第一连接端和第二连接端，所述第一连接端的直径小于第二连接端的直径。本发明可将VNA小半径N型接头内的TEM模过渡到大半径同轴波导的TEM模，实现对大半径同轴高频电磁结构进行冷测的功能，有利于验证被测同轴高频电磁结构的谐振特性是否与数值仿真结果相吻合。

技术领域

本发明涉及高功率微波技术领域，更具体地说，特别涉及一种高功率微波源同轴高频电磁结构的冷测装置。

背景技术

高功率微波(High Power Microwave，缩写为HPM)一般是指频率在300MHz到300GHz、峰值功率大于100MW或平均功率大于1MW的强电磁辐射。高功率微波的应用多种多样，主要包括：高功率脉冲雷达、高能粒子射频加速、受控热核反应、等离子体加热及高功率微波武器等。

高功率微波源是一种利用强流相对论电子束在真空高频电磁结构中与其本征模相互作用机制，将电子束动能转化成微波能的器件。在一款高功率微波源正式投入应用之前，必须经过一系列的理论计算、数值仿真以及工程测试。其中，工程测试又分为冷测和热测两大类型。冷测是在低功率水平下测试器件各高频电磁结构的谐振特性等基础参数是否与仿真结果相符，是输出高功率微波的基础。热测则是模拟高功率微波源的实际工作过程，探究器件能否实现高功率微波输出；同时，分析器件的工作过程，优化器件的结构，以实现稳定的高功率微波输出。其中，冷测一般采用矢量网络分析仪(Vector Network Analyzer，VNA)进行实验，它通过测量器件在频率扫描下的功率、频率和相位响应，从而精确表征器件的特性。

高功率微波源工作在X波段及更高波段(Ku、Ka波段)时，通常采用增大过模比(D/λ，D为高频电磁结构的平均直径，λ为输出微波波长)的方式提高功率容量，其横向尺寸往往为厘米量级；同时，引入同轴内导体，降低电子束的势能，提高空间电荷极限电流。冷测中采用VNA作为同轴高频电磁结构的激励信号源，它采用同轴传输线向待测器件传输能量，其输出接口为N型接头，其横向尺寸为毫米量级。因此，同轴高频电磁结构在进行冷测时，必须使用一定结构将小半径N型接头内的TEM模过渡到大半径同轴波导的TEM模。此外，单个同轴高频电磁结构的内外导体相互分离，它们之间没有支撑结构，因此，该装置还需为同轴高频电磁结构提供支撑结构；同时，为了避免该装置与被测同轴高频电磁结构连接时产生偏心而导致微波传输模式发生变化或产生较多的微波反射，该装置还需为同轴高频电磁结构提供一定的定位基准面。与此同时，由于该装置与VNA共同使用，在频率扫描下完成对被测同轴高频电磁结构频率、功率和相位等相关特性的测量，因此，该装置需要具有一定的带宽(大于被测同轴高频电磁结构的带宽，对窄带高功率微波源来说，带宽需大于200MHz)，在带宽内该装置的功率损耗以及能量反射都要尽可能的小，一般来说，功率损耗和能量反射要小于1％，即装置的传输系数要小于-0.1dB、反射系数大于-20dB，以免造成不必要的能量损失。

综上所述，同轴高频电磁结构在进行冷测时必须采用一定装置进行连接。一方面，它能将小半径N型接头内的TEM模过渡到大半径同轴波导的TEM模；另一方面，为同轴高频电磁结构提供支撑和定位结构。与此同时，这一装置的功率损耗以及能量反射都要尽可能的小，这一装置在高功率微波源同轴高频电磁结构进行冷测时具有重要应用价值，但目前尚未见相关研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高功率微波源同轴高频电磁结构的冷测装置，以克服现有技术所存在的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高功率微波源同轴高频电磁结构的冷测装置，所述冷测装置关于中心轴线旋转对称，该冷测装置包括内筒部分、外筒部分和介质内衬部分，所述内筒部分同轴嵌套于外筒部分内，所述介质内衬部分位于内筒部分和外筒部分之间，所述冷测装置具有第一连接端和第二连接端，所述第一连接端的直径小于第二连接端的直径。