专利摘要
本发明涉及高功率微波技术领域的微波源器件，尤其是一种采用环形束冷阴极的X波段高阻抗相对论速调管放大器，由阴极、阴极屏蔽环、阳极外筒、高频信号注入口、注入波导、谐振腔、漂移管、同轴提取结构、收集极、支撑杆、永磁磁场组成；本发明克服了传统高阻抗RKA基于热阴极的电子光学系统需要额外加热设备，耗能太大，系统庞大复杂不利于加工和实验等不足，而传统无箔二极管难以产生kΩ级的高阻抗环形电子束，设计一个带屏蔽环的环形束冷阴极应用于采用永磁包装的X波段高阻抗RKA中，使该微波管的电子光学系统结构简单、紧凑，易于加工和实验。
权利要求
1.一种采用环形束冷阴极的X波段高阻抗相对论速调管放大器，其特征在于：所述高阻抗相对论速调管放大器由阴极(1)、阴极屏蔽环(2)、阳极外筒(3)、高频信号注入口(4)、注入波导(5)、谐振腔(6)、漂移管(7)、同轴提取结构(8)、收集极(9)、支撑杆(10)、永磁磁场(11)组成；所述谐振腔(6)由输入腔(6a)、增益腔(6b)、末前腔(6c)、输出腔(6d)组成，所述漂移管(7)由一号漂移管(7a)、二号漂移管(7b)、三号漂移管(7c)、四号漂移管(7d)组成，所述高频信号注入口(4)、注入波导(5)、谐振腔(6)、漂移管(7)、同轴提取结构(8)、收集极(9)、支撑杆(10)组成高频结构，整个放大器关于中心轴线旋转对称；永磁磁场(11)安装在阳极外筒(3)和高频结构的外围空间区域，阴极(1)左端外接安装在脉冲功率源内导体上的阴极座，阳极外筒(3)左端外接脉冲功率源的外导体；
所述阴极(1)为一薄壁圆筒，壁厚为1mm，外半径R2等于发射电子束的外半径，内半径R3＝R2-1mm；阴极屏蔽环(2)为一紧密嵌套在阴极外壁上的厚壁圆环筒，所述圆环筒的右端倒圆角，倒角半径等于圆环筒的壁厚r；阴极(1)伸出阴极屏蔽环2右端面的长度为D1；
所述阳极外筒(3)为一内半径为R1的圆柱筒，其左端开口，开口半径为R1，右端采用一块中心开有半径为R4的圆孔的圆环形盖板封闭，右端内侧壁与阴极(1)右端的轴向间距为D2；
所述漂移管(7)由四段内表面光滑的圆筒组成，从左到右依次为一号漂移管(7a)、二号漂移管(7b)、三号漂移管(7c)、四号漂移管(7d)，其中一号漂移管(7a)、二号漂移管(7b)、三号漂移管(7c)的内半径均为R4，四号漂移管(7d)的内半径为R9，满足R4<R9，四段漂移管的长度分别为L1、L2、L3、L4；
所述谐振腔(6)由输入腔(6a)、增益腔(6b)、末前腔(6c)和输出腔(6d)共四个药盒型谐振腔组成，内半径依次为R5、R6、R7、R8，宽度分别是D3、D4、D5、D6；所述输入腔(6a)位于一号漂移管(7a)和二号漂移管(7b)之间、增益腔(6b)位于二号漂移管(7b)与三号漂移管(7c)之间、末前腔(6c)位于三号漂移管(7c)与四号漂移管(7d)之间、输出腔(6d)位于四号漂移管(7d)与收集极(10)之间，其中输入腔(7a)与注入波导(5)连接，种子高频微波信号通过注入波导(5)上开有的高频信号注入口(4)输入注入波导(5)，并在谐振腔内激发出高频电场对电子束产生调制，所述注入波导(4)及高频信号注入口的宽度均为h；
所述同轴提取结构(8)由一段内半径为R8的圆柱形外筒(8a)、一段内半径为R13的圆柱形外筒(8c)和一段圆台外筒(8b)及提取块(8d)组成，所述圆台外筒(8b)为内半径为R8的圆柱形外筒(8a)及内半径为R13的圆柱形外筒(8c)之间的连接段，圆台外筒(8b)的顶面半径为R8，底面半径为R13，倾斜角为θ，满足R8<R13，0°＜θ＜90°；所述提取块(8d)为一宽度为D7、外半径为R10、内半径为R12的圆环，嵌套安装在收集极(9)上，提取块(8d)的左侧端面距离收集极(9)左侧端面的距离为L5；
收集极(9)为一半径为R12的圆柱体，同时作为同轴提取结构的内导体，所述收集极(9)内部挖空，其中左端被挖去一个长度为L6、半径为R9的圆柱体，接着以长度为L6、半径为R9的圆柱体的右侧端面为顶面，以倾斜角α从半径R9渐变至半径为R11，以半径R11处所在平面为底面，向右挖出一个圆台，最后再以半径R11处所在平面为底面，向右挖出一个顶部倾斜角为β的圆锥，满足R9＜R11，0°＜α＜90°，0°＜β＜90°；
所述收集极(9)与圆柱形外筒(8a)构成同轴提取结构的第一个同轴输出波导，所述同轴输出波导与输出腔(6d)相连；所述收集极(9)与圆柱形外筒(8c)构成第二个同轴输出波导，第二个同轴输出波导同时作为微波输出口；所述收集极(9)通过一号支撑杆(10a)和二号支撑杆(10b)支撑固定在圆柱形外筒(8c)内壁，一号支撑杆(10a)距离提取块(8d)右侧端面的距离为L7，二号支撑杆(10b)与一号支撑杆(10a)之间的距离为L8，L8约为RKA工作波长λ的四分之一；
永磁磁场(11)采用永磁体材料构成空心圆柱状环绕在阳极外筒(3)和高频结构的外围空间区域。
2.根据权利要求1所述采用环形束冷阴极的X波段高阻抗相对论速调管放大器，其特征在于：所述高阻抗相对论速调管放大器各结构参数如下，R1＝70mm，R2＝3mm，R3＝2mm，R4＝4.6mm，R5＝10.7mm，R6＝11mm，R7＝10.4mm，R8＝11mm，R9＝4.8mm，R10＝12mm,R11＝8mm,R12＝9mm，R13＝14mm，D1＝1mm，D2＝23mm，D3＝6.8mm，D4＝3.6mm，D5＝7.7mm，D6＝10mm，D7＝5mm，L1＝60mm，L2＝140mm，L3＝151mm，L4＝42mm，L5＝75mm，L6＝70mm，L7＝34mm，L8＝6.6mm，r＝12mm，h＝0.3mm，θ＝20°,α＝1.2°,β＝34°。
说明书
技术领域
本发明涉及高功率微波(HPM)技术领域的微波源器件，尤其是一种采用环形束冷阴极的X波段高阻抗相对论速调管放大器(RelativtisticKlystronAmplifier，RKA)。
背景技术
近年来，高功率微波(HPM)(根据Benford和Swegle的约定，高功率微波指峰值功率大于100MW、频率在1～300GHz之间的电磁波)在众多领域中的诱人前景引起了许多国家的广泛关注和大量研究投入。作为高功率微波系统的核心器件，高功率微波源利用阴极发射电子束与器件内部腔体的谐振模式相互作用，进而辐射出高功率微波。为进一步满足应用需求，HPM系统向高频段发展并达到较高的等效辐射功率是HPM技术需要解决的最关键问题之一。为了解决单管功率极限和微波脉冲缩短现象严重制约了HPM系统指标提高的问题，同时避免单个传输辐射系统受到功率容量的限制，提出高功率微波空间功率合成的技术路线。空间功率合成指多个微波源使用多个独立的天线进行辐射，而功率的合成则在空间中特定区域内实现。空间功率合成一般为相干功率合成，即要求作为相干合成的单元，每个高功率微波源的输出微波脉冲须在时间上重叠、输出微波频率相同、锁定相位差固定或可控。由于放大器输出的微波频率和相位严格依赖于输入信号，且锁定效果与注入功率的大小无关，因此在相干合成领域有更大的应用前景。
RKA是发展较成熟的放大器型的高功率微波源，一般分为两类：一种是由加速器界仅提高常规大功率速调管电子束电压发展起来的是高阻抗速调管，其工作阻抗为1kΩ量级，通常采用热阴极。另一种则是与强流电子束相结合基于新颖聚束机制的低阻抗速调管，其工作阻抗接近或低于100Ω，也叫强流RKA，通常采用爆炸发射冷阴极。目前强流RKA在L、S波段到达GW级的高功率微波输出，但向更高频段(如X波段)发展时功率容量受到限制。而高阻抗RKA在X波段输出功率约100MW，能避免单个传输辐射系统功率容量受限的问题，同时具有高效率、高增益的优势，满足空间功率相干合成对微波源单元的需求，是高功率微波空间功率合成系统中极具潜力的器件之一。
由于高阻抗RKA工作电压高、输出功率大，在器件电子枪设计、高频结构优化以及防止输出腔高频打火、输出窗高频击穿等方面存在主要问题。而该类器件向X波段等高频段拓展时，由于器件径向尺寸小使得这些问题更加突出。目前主要由美国SLAC、与俄罗斯BINP合作的日本KEK开展了X波段11.424GHz速调管的研究。
1990年美国SLAC最早开始研究基于传统电磁聚焦的XC系列高阻抗RKA。受限于当时的技术水平转向以50MW、脉宽1500ns为目标的XL系列0。除了改进电子枪，优化TE01窗口、射频回路外，为了解决击穿问题提高转化效率，SLAC提出了采用多间隙行波输出腔替代单间隙输出腔的方案，并成功应用于XL4速调管，产生了75MW、脉宽1.1μs的微波输出，增益为55dB、效率为48％0。其中具代表性的XP3-4速调管在电子束电压为506kV，重复频率为120Hz，脉冲宽度1.62μs条件下，获得峰值功率75MW，效率53％，增益60dB，带宽100MHz0。
同样，在国际直线对撞机(NLC)项目的推动下日本KEK也进行了相关研究。为减小输出腔表面场强，KEK从XB72K6开始采用多间隙行波输出腔，其中采用4间隙行波输出腔的XB72K9速调管输出72MW，脉宽200ns，效率提高到31％0。2000年KEK与BINP合作开展周期永磁(PeriodicPermanentMagnet，PPM)聚焦的11.424GHz速调管中PPM2、PPM4、PPM5的峰值功率达都到75MW，脉宽1.6μs【0。目前XB72K10峰值功率达到120MW，脉宽1.5μs，效率和增益分别为44％和53dB0。
图1和图2分别给出了传统技术中X波段高阻抗RKA的典型结构和电磁聚焦系统。0图1包括电子枪阴极1、电子枪聚焦极2、电子枪阳极3、阳极外筒4、高频信号5、注入波导6、五段漂移管7(7a～7e)、五个谐振腔8(8a～8e)和同轴提取结构9(8a～8c)、支撑杆10(10a和10b)、收集极11、微波输出口12。图2是与电子枪匹配的电磁聚焦系统，包括螺线管1、屏蔽板2和主螺线管组3～7。其中，轴上开孔的屏蔽板2选用硅钢片材料；螺线管1、3～7采用漆包线绕制而成。螺线管1是一组在屏蔽板外的反线包，电流方向与其它组相反，可以调节电子枪区的磁场。
以上报道的高阻抗RKA通过对速调管放大器的高频结构的优化(如采用行波输出腔)，在提高功率转换效率同时避免高频击穿等方面有较大的改善。然而速调管的工作性能在很大程度上取决于电子束的产生和传输，尤其是对于漂移管尺寸较小的X波段速调管来说更加关键。如图1所示，目前高阻抗RKA通常采用热电子枪(也叫热阴极)需要利于加热设备维持1,000℃的高温工作状态，耗能太大。此外需要精心设计电子枪结构和与之相匹配的部分屏蔽流的电子束聚焦系统(图2)，造成整个系统庞大复杂不利于加工和实验。同时高频段高阻抗RKA对热阴极提出大压缩比、高电流密度和发射均匀性等更高要求。而环形束冷阴极的技术相对成熟，在HPM源器件中已有广泛应用，具有以下优点：室温工作无需额外加热；阴极结构相对简单，采用均匀导引磁场即可；所需阴极径向尺寸小利于高频段器件紧凑化；可选用的冷阴极材料多，如石墨、不锈钢等。另外，环形束相比于实心束对HPM源器件所需的最佳导引磁场更低；管内空间电荷效应更小；当注入1kW以内的小信号时，输出功率更高，增益更大。因此，作为输出100MW、100ns的高功率微波源单元，采用环形束冷阴极替代热电子枪的X波段高阻抗RKA应用于高功率微波空间功率合成系统中具有重要研究的价值。0但是该文献并没有给出如何让冷阴极发射满足高频结构需求的kΩ级的高阻抗环形电子束的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服了高阻抗RKA基于热阴极的电子光学系统需要额外加热设备，系统庞大复杂不利于加工和实验等不足，而传统无箔二极管难以产生kΩ级的高阻抗环形电子束的问题，设计一个带屏蔽环的环形束冷阴极应用于X波段高阻抗RKA中。为了进一步实现电子光学系统的简单化和紧凑化，并降低能耗，采用永磁包装替代电磁聚焦系统后使得全系统体积小、重量轻，不需要励磁电源。本发明不仅能同样实现约100MW的高效率微波输出，而且所需的最佳导引磁场更低；当注入小信号时，其输出功率更高，增益更大。此外该屏蔽环还能有效避免无箔二极管产生回流。
本发明的工作原理是：通过在无箔二极管阴极侧面引入屏蔽环，利用其屏蔽作用扼制冷阴极的爆炸发射能力，产生kΩ级的高阻抗环形电子束。然后在导引磁场的作用下电子束沿轴向运动，经过束波互作用最后打在收集极。从注入波导注入高频信号后，电子束通过输入腔在外加高频电场的作用下产生速度调制，经下游漂移管产生密度调制发生群聚，再通过后续谐振激励起高频感应电流产生更高的电场，反过来对电子束进行速度调制。即在高频结构中微波以TM01模式与环形电子束进行束波互作用并逐级放大，最终由同轴提取结构输出X波段100MW的高功率微波。
本发明采用的技术方案为：一种采用环形束冷阴极的X波段高阻抗RKA，由阴极1、阴极屏蔽环2、阳极外筒3、高频信号注入口4、注入波导5、谐振腔6、漂移管7、同轴提取结构8、收集极9、支撑杆10和永磁磁场11组成；所述漂移管7由一号漂移管7a、二号漂移管7b、三号漂移管7c、四号漂移管7d组成，所述谐振腔6由输入腔6a、增益腔6b、末前腔6c、输出腔6d组成，所述高频信号注入口4、注入波导5、谐振腔6、漂移管7、同轴提取结构8、收集极9、支撑杆10组成高频结构，整个放大器关于中心轴线旋转对称。永磁磁场11安装在阳极外筒3和高频结构的外围空间区域。阴极1左端外接安装在脉冲功率源内导体上的阴极座，阳极外筒3左端外接脉冲功率源的外导体。
所述阴极1为一薄壁圆筒，壁厚为1mm，外半径R2等于发射电子束的外半径，内半径R3＝R2-1mm；阴极屏蔽环2为一紧密嵌套在阴极外壁上的厚壁圆环筒，所述圆环筒的右端倒圆角，倒角半径等于圆环筒的壁厚r；阴极1伸出阴极屏蔽环2右端面的长度为D1。
所述阳极外筒3为一内半径为R1的圆柱筒，其左端开口，开口半径为R1，右端采用一块中心开有半径为R4的圆孔的圆环形盖板封闭，右端内侧壁与阴极1右端的轴向间距为D2。所述漂移管7由四段内表面光滑的圆筒组成，从左到右依次为一号漂移管7a、二号漂移管7b、三号漂移管7c、四号漂移管7d，其中一号漂移管7a、二号漂移管7b、三号漂移管7c的内半径均为R4，四号漂移管7d的内半径为R9，满足R4<R9，四段漂移管的长度分别为L1、L2、L3、L4。
所述谐振腔6由输入腔6a、增益腔6b、末前腔6c和输出腔6d共四个药盒型谐振腔组成，内半径依次为R5、R6、R7、R8，宽度分别是D3、D4、D5、D6；所述输入腔6a位于一号漂移管7a和二号漂移管7b之间、增益腔6b位于二号漂移管7b与三号漂移管7c之间、末前腔6c位于三号漂移管7c与四号漂移管7d之间、输出腔6d位于四号漂移管7d与收集极10之间，其中输入腔7a与注入波导5连接，种子高频微波信号通过注入波导5上开有的高频信号注入口4输入注入波导5，并在谐振腔内激发出高频电场对电子束产生调制，所述注入波导4及高频信号注入口的宽度均为h。
所述同轴提取结构8由一段内半径为R8的圆柱形外筒8a、一段内半径为R13的圆柱形外筒8c和一段圆台外筒8b及提取块8d组成，所述圆台外筒8b为内半径为R8的圆柱形外筒8a及内半径为R13的圆柱形外筒8c之间的连接段，圆台的顶面半径为R8，底面半径为R13，倾斜角为θ，满足R8<R13，0°＜θ＜90°；所述提取块8d为一宽度为D7、外半径为R10、内半径为R12的圆环，嵌套在收集极9上，其左侧端面距离收集极9左侧端面的距离为L5。
收集极9为一半径为R12的圆柱体，同时作为同轴提取结构的内导体，所述收集极9内部挖空，其中左端被挖去一个长度为L6、半径为R9的圆柱体，接着以长度为L6、半径为R9的圆柱体的右侧端面为顶面，以倾斜角α从半径R9渐变至半径为R11，以半径R11处所在平面为底面，向右挖出一个圆台，最后再以半径R11处所在平面为底面，向右挖出一个顶部倾斜角为β的圆锥，满足R9＜R11，0°＜α＜90°，0°＜β＜90°。
所述收集极9与圆柱形外筒8a构成第一个同轴输出波导，所述同轴输出波导与输出腔6d相连，所述收集极9与圆柱形外筒8c构成第二个同轴输出波导，第二个同轴输出波导同时作为微波输出口；所述收集极9通过两排支撑杆10(一号支撑杆10a和二号支撑杆10b)支撑固定在圆柱形外筒8c内壁，一号支撑杆10a距离提取块8d右侧端面的距离为L7，二号支撑杆10b与一号支撑杆10a之间的距离为L8，L8约为RKA工作波长λ的四分之一。采用两排支撑杆既增强了支撑强度，又可以消除微波输出口对微波的反射。
永磁磁场11采用永磁体材料构成空心圆柱状环绕在阳极外筒3和高频结构的外围空间区域。
其中，阴极1采用石墨材料，阴极屏蔽环2、阳极外筒3、注入波导5、谐振腔6、漂移管7、同轴提取结构8、收集极9、支撑杆10均为不锈钢材料。
以上描述中提到的结构参数R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13；D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7；L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8；r、h、θ、α、β均可利用粒子模拟软件进行优化设计以求得最优的结构参数。
本发明所述RKA运行时，阴极1爆炸发射产生的高阻抗环形电子束在永磁磁场11产生的导引磁场作用下沿轴向运动，最后被收集极9吸收。位于工作频率的高频微波信号从高频信号注入口4输入注入波导5后，电子束通过输入腔6a在外加高频电场的作用下产生速度调制，经二号漂移管7b产生密度调制发生群聚，再通过后续谐振腔6b～6d激励起高频感应电流产生更高的电场，反过来对电子束进行速度调制。即在高频结构中微波以TM01模式与环形束进行束波互作用，经逐级放大最终由同轴提取结构8输出X波段100MW的高功率微波。
与现有技术相比，采用本发明可达到以下技术效果：
(1)通过在无箔二极管阴极侧面引入屏蔽环，利用其屏蔽作用扼制阴极的发射能力，实现了让冷阴极提供kΩ级的高阻抗环形电子束，同时其位置和形状能明显降低除阴极头外的非发射区场强。此外屏蔽环还能有效避免无箔二极管产生回流现象；
(2)在X波段高阻抗RKA中采用冷阴极取代传统的热电子枪，不仅能满足高频结构对电子束的需求实现100MW高效率的微波输出，而且极大简化阴极结构并缩小了其径向尺寸；
(3)将环形束取代实心束作用于RKA的高频结构中具有以下优势：对束均匀性要求更低；无需与阴极严格匹配的电磁聚焦系统，只需提供均匀导引磁场；所需最佳导引磁场更低；管内空间电荷效应更小；当小信号注入时RKA的增益更高；
(4)采用永磁包装替代螺线管磁场后聚焦系统体积小、重量轻，不需要励磁电源，进一步实现该器件的电子光学系统简单化和紧凑化，并大大降低能耗；
(5)采用输出约100MW的高阻抗RKA作为高功率微波空间功率合成微波源单元，有效避免单个传输辐射系统受到功率容量的限制，并能实现系统高效率、高增益的微波输出。
附图说明
图1为背景技术中传统的X波段高阻抗RKA的典型结构；
图2为背景技术中传统高阻抗RKA匹配的电磁聚焦系统；
图3为本发明中的采用环形束冷阴极的X波段高阻抗RKA系统的结构示意图；
图4为本发明X波段高阻抗RKA在粒子模拟中的实空间分布图；
图5为本发明带屏蔽环二极管在微波管中产生的电子束电压；
图6为本发明带屏蔽环二极管在微波管中产生的电子束电流；
图7为本发明注入信号频率为11.424GHz时RKA输出微波功率图；
图8为本发明注入信号频率为11.424GHz时RKA输出微波频谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
图3为本发明采用环形束冷阴极的X波段高阻抗RKA系统的整体结构示意图，由阴极1、阴极屏蔽环2、阳极外筒3、高频信号注入口4、注入波导5、谐振腔6、漂移管7、同轴提取结构8、收集极9、支撑杆10和永磁磁场11组成；所述漂移管7由一号漂移管7a、二号漂移管7b、三号漂移管7c、四号漂移管7d组成，所述谐振腔6由输入腔6a、增益腔6b、末前腔6c、输出腔6d组成，所述高频信号注入口4、注入波导5、谐振腔6、漂移管7、同轴提取结构8、收集极9、支撑杆10组成高频结构，整个放大器关于中心轴线旋转对称。永磁磁场11安装在阳极外筒3和高频结构的外围空间区域。阴极1左端外接安装在脉冲功率源内导体上的阴极座，阳极外筒3左端外接脉冲功率源的外导体。
所述阴极1为一薄壁圆筒，壁厚为1mm，外半径R2等于发射电子束的外半径，内半径R3＝R2-1mm；阴极屏蔽环2为一紧密嵌套在阴极外壁上的厚壁圆环筒，所述圆环筒的右端倒圆角，倒角半径等于圆环筒的壁厚r；阴极1伸出阴极屏蔽环2右端面的长度为D1；
所述阳极外筒3为一内半径为R1的圆柱筒，其左端开口，开口半径为R1，右端采用一块中心开有半径为R4的圆孔的圆环形盖板封闭，右端内侧壁与阴极1右端的轴向间距为D2。所述漂移管7由四段内表面光滑的圆筒组成，从左到右依次为一号漂移管7a、二号漂移管7b、三号漂移管7c、四号漂移管7d，其中一号漂移管7a、二号漂移管7b、三号漂移管7c的内半径均为R4，四号漂移管7d的内半径为R9，满足R4<R9，四段漂移管的长度分别为L1、L2、L3、L4。
所述谐振腔6由输入腔6a、增益腔6b、末前腔6c和输出腔6d共四个药盒型谐振腔组成，内半径依次为R5、R6、R7、R8，宽度分别是D3、D4、D5、D6；所述输入腔6a、增益腔6b、末前腔6c和输出腔6d分别位于一号漂移管7a和二号漂移管7b之间、二号漂移管7b与三号漂移管7c之间、三号漂移管7c与四号漂移管7d之间及四号漂移管7d与收集极10之间，其中输入腔7a与注入波导5连接，种子高频微波信号通过注入波导5上开有的高频信号注入口4输入注入波导5，并在谐振腔内激发出高频电场对电子束产生调制，所述注入波导4及高频信号注入口的宽度均为h。
所述同轴提取结构8由一段内半径为R8的圆柱形外筒8a、一段内半径为R13的圆柱形外筒8c和一段圆台外筒8b及提取块8d组成，所述圆台外筒8b为内半径为R8的圆柱形外筒8a及内半径为R13的圆柱形外筒8c之间的连接段，圆台的顶面半径为R8，底面半径为R13，倾斜角为θ，满足R8<R13，0°＜θ＜90°；所述提取块8d为一宽度为D7、外半径为R10、内半径为R12的圆环，嵌套在收集极9上，其左侧端面距离收集极9左侧端面的距离为L5。
收集极9为一半径为R12的圆柱体，同时作为同轴提取结构的内导体，所述收集极9内部挖空，其中左端被挖去一个长度为L6、半径为R9的圆柱体，接着以长度为L6、半径为R9的圆柱体的右侧端面为顶面，以倾斜角α从半径R9渐变至半径为R11，以半径R11处所在平面为底面，向右挖出一个圆台，最后再以半径R11处所在平面为底面，向右挖出一个顶部倾斜角为β的圆锥，满足R9＜R11，0°＜α＜90°，0°＜β＜90°；
所述收集极9与圆柱形外筒8a构成第一个同轴输出波导，所述同轴输出波导与输出腔6d相连，所述收集极9与圆柱形外筒8c构成第二个同轴输出波导，第二个同轴输出波导同时作为微波输出口；所述收集极9通过两排支撑杆10(一号支撑杆10a和二号支撑杆10b)支撑固定在圆柱形外筒8c内壁，一号支撑杆10a距离提取块8d右侧端面的距离为L7，二号支撑杆10b与一号支撑杆10a之间的距离为L8，L8约为RKA工作波长λ的四分之一。采用两排支撑杆既增强了支撑强度，又可以消除微波输出口对微波的反射。
永磁磁场11采用永磁体材料构成空心圆柱状环绕在阳极外筒3和高频结构的外围空间区域。
其中，阴极1采用石墨材料，阴极屏蔽环2、阳极外筒3、注入波导5、谐振腔6、漂移管7、同轴提取结构8、收集极9、支撑杆10均为不锈钢材料。
以上描述中提到的结构参数R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13；D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7；L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8；r、h、θ、α、β均可利用粒子模拟软件进行优化设计以求得最优的结构参数。
国防科学技术大学按照以上方案设计了一种采用环形束冷阴极并带有阴极屏蔽环的X波段高阻抗相对论速调管放大器，相应的尺寸如下：R1＝70mm，R2＝3mm，R3＝2mm，R4＝4.6mm，R5＝10.7mm，R6＝11mm，R7＝10.4mm，R8＝11mm，R9＝4.8mm，R10＝12mm,R11＝8mm,R12＝9mm，R13＝14mm，D1＝1mm，D2＝23mm，D3＝6.8mm，D4＝3.6mm，D5＝7.7mm，D6＝10mm，D7＝5mm，L1＝60mm，L2＝140mm，L3＝151mm，L4＝42mm，L5＝75mm，L6＝70mm，L7＝34mm，L8＝6.6mm，r＝12mm，h＝0.3mm,θ＝20°,α＝1.2°,β＝34°。通过以上设计得到以下粒子模拟结果：如图4所示，带屏蔽环的无箔二极管产生外半径3mm、厚1mm的环形电子束；束压为526kV(图5),束流为457A(图6)；如图7和8所示环形束经过该高阻抗RKA高频结构可实现轴向输出100MW，频率11.424GHz的微波，则效率42％，增益50dB。
采用环形束冷阴极的X波段高阻抗相对论速调管放大器专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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