CN104300196A - 一种同轴复合回旋谐振腔 - Google Patents
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Abstract
该发明为一种同轴复合谐振腔，其特点是该同轴复合谐振腔含有2个小同轴谐振腔。该发明中小同轴谐振腔为渐变结构连接，上边界为渐变结构，下边界为坡度结构。同轴复合谐振腔内导体有一定倾角。同轴复合谐振腔内2个小同轴谐振腔中工作波导模式角向指标相同，同轴复合谐振腔入口第一个小谐振腔中工作波导模式阶数最低，同轴复合腔出口最后一个小谐振腔中工作波导模式阶数最高，同轴复合谐振腔所有小谐振腔中工作模式谐振频率相同，形成具有统一谐振频率的模式串。
Description
技术领域：
本发明涉及一种同轴复合腔回旋管，属于高功率太赫兹源技术领域。
背景技术：
太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长大概在3mm到30um范围，介于微波与红外之间；在有些场合特指0.3～3THz频率范围内的电磁波，还有时被赋予一种广义的定义，其频率范围可包含高达100THz的波，这包括整个中、远红外波段。由于太赫兹的频率很高，因此通信(宽带通信)、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像(无标记的基因检查、细胞水平的成像)、无损检测、安全检查(生化物的检查)等领域带来了深远的影响。随着太赫兹波应用的日益广泛，研制有效的太赫兹辐射源成为世界各国在该领域的研究热点之一。基于电子回旋受激辐射原理发展起来的快波回旋器件——回旋管，被认为是目前最有可能获得大功率输出的太赫兹辐射源。
太赫兹回旋振荡管是回旋器件中发展得比较成熟的大功率器件，其结构相对简单，在很宽的频率范围，特别是在毫米波、亚毫米及太赫兹波段能以多种方式产生脉冲峰值功率与连续波功率，因而在国际上受到高度重视。它主要应用于受控热核聚变中等离子体电子回旋共振加热(ECRH)、等离子体的不稳定性控制与诊断、微波拒止武器、增强核磁共振以及放射性物质遥测等方面。
为了获得高功率，回旋管一般工作于高阶模式，面临模式竞争问题；高频率回旋管面临的一个严重问题是，为了满足回旋谐振条件，基波回旋管需要很强的工作磁场。因此，采用高次谐波降低回旋管的工作磁场,是回旋管的一个重要发展方向。高次谐波回旋管效率难以提高且模式竞争问题严重,同轴复合腔结构是解决此问题的一种方案。
发明内容：
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种同轴复合腔，是把两个同轴谐振腔(小腔)通过渐变结构连接起来，进一步降低单个同轴谐振腔的Q值，使单一模式不满足起振条件而不能起振，而两个模式组成的模式串Q值得到提高，在模式竞争中处于优势地位。
本发明的目的有以下技术措施实现
同轴复合腔，含有2个小同轴谐振腔，小同轴谐振腔之间为渐变结构连接。
同轴复合谐振腔内导体有一定倾角。
同轴复合谐振腔内2个小同轴谐振腔中工作波导模式角向指标相同。
同轴复合谐振腔入口第一个小同轴谐振腔中工作波导模式阶数最低。
同轴复合腔出口最后一个小同轴谐振腔中工作模式阶数最高。
同轴复合腔内所有小同轴谐振腔中工作模式谐振频率相同，形成具有统一谐振频率的模式串。
同轴复合腔内上边界为渐变结构。
同轴复合腔内下边界为坡度结构。
本发明具有如下优点：
单个小同轴谐振腔Q值很低，寄生模式不能起振。回旋管工作的稳定性好。
由2个小同轴谐振腔组成的同轴复合回旋谐振腔中存在的工作模式串Q值没被降低，能够起振，在模式竞争中处于优势地位。
由2个模式组成的模式串只有一个，不可能出现寄生模式串。
前面小同轴谐振腔中场较弱，对电子注起预群聚的作用，后面同轴谐振腔场较强，有利于和电子注高效互作用，获得高效率和高功率。
附图说明：
附图为同轴复合腔的结构示意图。
1电子注通道，2第一谐振腔，3第二谐振腔，4截止段，5输出渐变波导，6输出均匀波导，7上边界渐变结构，8下边界坡度结构。
具体实施方式：
如图所示，同轴复合腔由电子注通道1,第一谐振腔2，第二谐振腔3，截止段4，输出渐变波导5和输出均匀波导6多段构成，电子注通道1与第一谐振腔2连接，第一谐振腔2与第二谐振腔3连接，第二谐振腔3与截止段4连接，第三谐振腔4与输出渐变波导5连接，输出渐变波导5与输出均匀波导6连接。两个小同轴谐振谐振腔中工作波导模式角向指标相同，入口第一个小同轴谐振腔中工作波导模式阶数最低，第二个小同轴谐振腔中工作波导模式阶数最高，两个小同轴谐振腔中工作模式谐振频率相同，形成具有统一谐振频率的模式串。
具体实施方式为，根据回旋管的性能要求选取工作模式串，针对单个同轴谐振腔选取合适的长度，以使单一模式不满足起振条件而不能起振；通过调整小同轴谐振腔半径来调整工作模式的谐振频率，工作模式串的每个模式必须谐振频率相同；把单个同轴谐振腔连接成多级复合腔，调整高频结构，使每个模式有理想的场分布，形成需要的工作模式串。
两个小同轴谐振腔通过突变结构连接构成同轴复合回旋谐振腔，第一腔半径为2.87mm,长度为7mm,工作模式为TE23,4；第二腔半径为3.146mm,长度为7.5mm,工作模式为TE23,5；两个模式的角向指标同为23，第一腔中工作模式阶数最低，第二腔中工作模式阶数最高，形成两个模式的工作模式串为TE23,4-TE23,5。经计算，模式串的谐振频率为655.79GHz。
Claims (8)
1.一种同轴复合谐振腔，其特征在于该同轴复合腔含有2个小同轴谐振腔，小同轴谐振腔之间为渐变结构连接。
2.如权利要求1所述同轴复合谐振腔，其特征在于该同轴复合谐振腔内导体有一定倾角。
3.如权利要求1所述同轴复合谐振腔，其特征在于该同轴复合谐振腔内2个小同轴谐振腔中工作波导模式角向指标相同。
4.如权利要求1所述同轴复合谐振腔，其特征在于该同轴复合谐振腔内入口第一个小同轴谐振腔中工作波导模式阶数最低。
5.如权利要求1所述同轴复合谐振腔，其特征在于该同轴复合腔内出口最后一个小谐振腔中工作波导模式阶数最高。
6.如权利要求1所述同轴复合谐振腔，其特征在于该同轴复合腔内所有小同轴谐振腔中工作模式谐振频率相同，形成具有统一谐振频率的模式串。
7.如权利要求1所述同轴复合谐振腔，其特征在于该同轴复合腔内上边界为渐变结构。
8.如权利要求1所述同轴复合谐振腔，其特征在于该同轴复合腔内下边界为连续坡度。
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