[发明专利]利用等离子体阴极电子枪的双频相对论返波管

说明书

本发明提供了一种利用等离子体阴极电子枪的双频相对论返波管，涉及高功率微波器技术领域，其包括返波管本体和固定于返波管本体一端的等离子体阴极电子枪，返波管本体置于引导磁场中，返波管本体内依次设置有截止颈段、布拉格结构、平滑漂移段和慢波结构，截止颈段邻近等离子体阴极电子枪设置，布拉格结构内形成有模式转换腔，慢波结构内形成有注波相互作用腔；等离子体阴极电子枪内设置有惰性气体腔和置于惰性气体腔内的放电电极，惰性气体腔上连接有惰性气体浓度控制机构。能够稳定的输出长脉冲的双频TE₁₁模式高功率电磁波，解决了现有技术中的双频相对论返波管输出的高功率电磁波脉冲短且稳定性低的问题。

技术领域

本发明涉及高功率微波器技术领域，特别是涉及一种利用等离子体阴极电子枪的双频相对论返波管。

背景技术

高功率微波技术对信息系统具有极大的威胁，可以用来侦测目标甚至摧毁电子设备。其中，高功率双频技术随着现代科研的进步也有了长足的发展，双频相对论返波管是一种自激荡产生微波的O型电子注器件，其采用合适的慢波结构使器件中传播的微波满足两个条件：(1)微波相速略低于电子注速度，使电子产生切伦柯夫辐射；(2)微波的群速与相速相反，引发自激振荡。但双频相对论返波管的实际工程落地和实用化仍有一点问题尚待解决，主要的技术障碍是输出脉冲短、使用寿命短和在重复频率运行不稳定等问题。

目前的双频相对论返波管的缺陷主要有其阴极场致爆炸发射电子方式的脉冲宽度小，输出的高功率电磁波脉冲短，详见专利号CN201710781380.0和CN201710780990.9中记载的双频相对论返波管。在实际工程应用中，需要进一步提高高功率相对论返波管的使用寿命，并提升其工作的稳定性，特别是器件的重频性，即多次工作能输出稳定的高功率微波。并且传统高功率相对论返波管阴极电场过高击穿阴极和电子注在注波互作用区进行换能后,会出现电子返流轰击输出腔表面而出现烧蚀的问题。

另外，返波管的工作模式通常为TM模(TM₀₁模为主)，在实际应用中，这些模式微波能量分散，旁瓣电平高，从其辐射图上来看，TM₀₁模在辐射场中心点的功率密度为零(方向图呈空心圆锥状)。如果将TM模直接通过天线辐射出去，会让产生的微波能量不能被有效地被利用，需要额外接TM-TE模式转换器，增加了成本且使用不方便。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种利用等离子体阴极电子枪的双频相对论返波管，能够有较高功率容量、输出较长功率脉冲、直接产生TE模，并且能稳定输出双频微波信号，解决了现有技术中的双频相对论返波管输出的高功率电磁波脉冲短且稳定性低的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种利用等离子体阴极电子枪的双频相对论返波管，其包括返波管本体和固定于返波管本体一端的等离子体阴极电子枪，返波管本体置于引导磁场中，返波管本体内依次设置有截止颈段、布拉格结构、平滑漂移段和慢波结构，截止颈段邻近等离子体阴极电子枪设置，布拉格结构内形成有模式转换腔，慢波结构内形成有注波相互作用腔；等离子体阴极电子枪内设置有惰性气体腔和置于惰性气体腔内的放电电极，惰性气体腔上连接有惰性气体浓度控制机构。

本发明的有益效果为：

1、本方案中的返波管采用等离子体阴极电子枪作为电子注源，等离子体阴极电子枪内的放电电极对对惰性气体放电产生电子注，相比于传统返波管所使用的环形阴极，能够减少离子放电对阴极的轰击破坏，并且能够输出长脉冲高功率的电磁波。调节惰性气体的浓度能够调节所产生的等离子体浓度，从而调节等离子体阴极电子枪输出的电子注电流大小，使得电子注的电流大小调节更可靠且方便。