一种基于反馈回路的高功率微波振荡器及微波产生方法与流程

1.本发明涉及电真空微波器件技术领域，具体地说，是涉及一种基于反馈回路的高功率微波振荡器及微波产生方法。


背景技术：

2.高功率微波作为一种新型的电磁干扰手段，主要针对电子侦察、通信、合成孔径雷达等多种目标进行干扰和攻击，可降级或损伤微波传感器，从而使其失去地面监控，侦察和成像失去相应的侦察作战效能。
3.从作用机理上，hpm(高功率微波)器件可以分为振荡器和放大器两类，作为振荡器，其特点是不需要外部信号，在电子束驱动下产生需要的高功率微波，其本质是一个正反馈电路，电子从阴极发射后，穿过器件结构，在器件换能区电子动能转化为微波能，而其中的一部分微波反馈到前端，由此通过结构分布参数形成正反馈电路(如过模返波管)。这种通过结构分布参数形成正反馈电路，存在反馈不控制和模式竞争等问题，因此，需要对现有微波振荡器结构进行改进。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于反馈回路的高功率微波振荡器及微波产生方法，主要解决现有微波振荡器结构中正反馈电路存在反馈不控制和模式竞争的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一种基于反馈回路的高功率微波振荡器，包括内部形成真空腔体的圆柱形的金属导体外壳，设置于真空腔体内用于电子束调制的前级调制腔，设置于真空腔体内并靠近金属导体外壳内壁设置的反馈回路，以及设置于真空腔体内并位于反馈回路后方的用于将调制后的电子束的电子动能转换为微波的放大级束波换能腔；其中，所述反馈回路包括内部中空作为电子束通道的圆柱形的反馈回路内导体，以及连接于金属导体外壳内壁用于支撑反馈回路内导体的支撑片。
7.进一步地，所述电子束通道的半径rd与微波振荡器输出微波波长λ的关系为：
8.rd<0.38λ。
9.进一步地，所述支撑片的轴向厚度th与微波振荡器输出微波波长λ的关系为：
10.th＝λ/8；
11.所述支撑片沿着反馈回路内导体的圆周均布，支撑片的个数n满足如下关系：
[0012][0013]
其中，r1为电子束通道的半径rd与反馈回路内导体的厚度之和，r2为r1与支撑片的径向厚度之和。
[0014]
进一步地，所述反馈回路内导体的长度ld与微波振荡器输出微波波长λ的关系满足高斯分布：
[0015]
ld～(0.4λ
‑
0.01λ，0.4λ 0.01λ)。
[0016]
本发明还提供了一种基于反馈回路的高功率微波产生方法，采用了上述基于反馈回路的高功率微波振荡器，包括如下步骤：
[0017]
(s1)对磁场引导下进入微波振荡器电子束在前级调制腔进行调制；
[0018]
(s2)调制后的电子束在放大级束波换能腔中将电子动能转换为微波；
[0019]
(s3)放大级束波换能腔中产生的微波部分通过反馈回路反馈到前级调制腔，其余作为输出高功率微波通进行输出。
[0020]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0021]
本发明的微波振荡器结构简单，适合当前技术指标较为成熟的8gw脉冲功率的高功率微波发生器，使这种高功率微波发生器不仅能抑制非工作模式，而且在8gw脉冲功率驱动下，实现功率大于2.0gw、稳定的高功率微波输出，有效解决了当前作为振荡器的hpm器件通过结构分布参数形成的正反馈电路，存在反馈不控制和模式竞争等问题，提高了高功率微波输出的输出效率。
附图说明
[0022]
图1为本发明实际应用的整体剖面结构示意图。
[0023]
图2为本发明中反馈回路的径向剖面结构示意图。
[0024]
图3为本发明中反馈回路的轴向剖面结构示意图。
[0025]
图4为本发明
‑
实施例中600kv加载下微波输入功率随时间的曲线图。
[0026]
图5为本发明
‑
实施例中600kv加载下微波输出功率随时间的曲线图。。
[0027]
其中，附图标记对应的名称为：
[0028]1‑
真空腔体，2
‑
金属导体外壳，3
‑
前级调制腔，4
‑
反馈回路，5
‑
放大级束波换能腔，6
‑
反馈回路内导体，7
‑
支撑片，8
‑
电子束通道，9
‑
阴极板，10
‑
微波输出通道。
具体实施方式
[0029]
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
[0030]
实施例
[0031]
如图1～3所示，本发明公开的一种基于反馈回路的高功率微波振荡器，包括内部形成真空腔体1的圆柱形的金属导体外壳2，设置于真空腔体1内用于电子束调制的前级调制腔3，设置于真空腔体1内并靠近金属导体外壳2内壁设置的反馈回路4，以及设置于真空腔体1内并位于反馈回路4后方的用于将调制后的电子束的电子动能转换为微波的放大级束波换能腔5；其中，所述反馈回路4包括内部中空作为电子束通道8的圆柱形的反馈回路内导体6，以及连接于金属导体外壳2内壁用于支撑反馈回路内导体6的支撑片7。
[0032]
具体地，在所述反馈回路中，所述电子束通道8的半径rd与微波振荡器输出微波波长λ的需满足如下关系为rd<0.38λ。同时所述支撑片7的轴向厚度th与微波振荡器输出微波波长λ的关系为：th＝λ/8。所述支撑片7沿着反馈回路内导体的圆周均布，支撑片的个数n满足如下关系：其中，r1为电子束通道的半径rd与反馈回路内导体
的厚度之和，r2为r1与支撑片的径向厚度之和。
[0033]
并且，所述反馈回路内导体的长度ld与微波振荡器输出微波波长λ的关系满足高斯分布：
[0034]
ld～(0.4λ
‑
0.01λ，0.4λ 0.01λ)。
[0035]
本发明的工作原理如下：
[0036]
阴极板9在脉冲功率提供的脉冲高压加载下，发射出电子，形成电子束并在引导磁场作用穿过微波振荡器，进入微波振荡器后，电子束首先经过前级调制腔对电子束进行调制，调制后的电子束再通过放大级束波换能腔将电子动能转换为微波能，反馈回路中的反馈回路内导体是一段同轴传输线，将放大级中一部分微波反馈到前级调制腔，通过调节同轴传输线长度来保证反馈过程是正反馈，其余微波作为输出高功率微波通过微波输出通道10进行输出，从而利用满足微波器件束波互作用的正反馈电路，实现微波器件的微波起振、维持和高功率微波输出。
[0037]
图4和图5分别为图1所示结构在600kv加载下输入功率和输出微波功率随时间的曲线图，由图4结构在600kv加载下输入功率为7.2gw，对应的电子束流强为12ka，由图5结构在600kv加载下输出微波功率为2.2gw，对应效率为32.7％。
[0038]
通过上述设计，本发明的微波振荡器结构简单，适合当前技术指标较为成熟的8gw脉冲功率的高功率微波发生器，使这种高功率微波发生器不仅能抑制非工作模式，而且在8gw脉冲功率驱动下，实现功率大于2.0gw、稳定的高功率微波输出，有效解决了当前作为振荡器的hpm器件通过结构分布参数形成的正反馈电路，存在反馈不控制和模式竞争等问题，提高了高功率微波输出的输出效率。因此，与现有技术相比，本发明具有突出的实质性特点和显著的进步。
[0039]
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。