專利名稱：同頻異模回旋行波速調(diào)管放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同頻異?；匦胁ㄋ僬{(diào)管放大器(gyrotwystron)，屬于高 功率毫米波源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高功率毫米波雷達(dá)在高分辨率雷達(dá)成像、反隱身、反低空飛行目標(biāo)、反掠 海飛行導(dǎo)彈、導(dǎo)彈防御和電子對(duì)抗等國(guó)防領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用前景，在遙感、氣象、深空探測(cè)和高能物理等民用領(lǐng)域也有很好的應(yīng)用前景。要發(fā)展高功率毫米 波雷達(dá)，首先要研制高功率毫米波源，傳統(tǒng)的真空電子器件在毫米波頻段遇到了極大的困難。而回旋管(1. Twiss R. Q., Roberts J. A. Electromagnetic radiation fromelectrons rotating in an ionized medium under the action of a uniform magnetic field. Aust. J. Phys. 1958， 11: 424~432. 2. Schneider J. Stimulated emission of radiation by' relativistic electrons in a magnetic field.尸/ >^. Aev.7959, 2: ■50"0& 3. A. V. Gaponov， "Interaction between irrectilinear electron beams and electromagnetic waves in transmission lines," Izv. VUZov. Radiofiz., vol. 2, pp.836-837, 1959.)作為一種新型快波器件，它不受常規(guī)電真空器件中電子與波互作用空間的線尺寸和頻率成反比規(guī)律的限制，在毫米波段其尺寸比傳統(tǒng)器件大得 多，因而其功率容量也大得多。為了獲得應(yīng)用于毫米波雷達(dá)系統(tǒng)的高功率相干毫 米波源，國(guó)內(nèi)外正在大力發(fā)展回旋管放大器件。其中，回旋行波速調(diào)管放大器 (gyrotwystron)由于在輸出段采用行波結(jié)構(gòu)(gyro-TWT)具有回旋速調(diào)管 (gyroklystron)高效率髙增益的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了回旋速調(diào)管帶寬窄的缺點(diǎn)。 由于限制回旋速調(diào)管帶寬的一個(gè)重要因素是輸出腔帶寬有限，回旋速調(diào)管放大器 的通過(guò)把回旋速調(diào)管的輸出腔更換為行波段，去掉了輸出諧振腔對(duì)管子帶寬的限制，另外，還可以通過(guò)參差調(diào)諧來(lái)進(jìn)一步增大回旋行波速調(diào)管的帶寬(G. S. Nusinovich, "Linear Theory of a Gyrotwystron with Stagger-Tuned Cavities" , Phys. Plasmas vol.4 (9), pp. 3394-3402， 2002.)。經(jīng)過(guò)多年的研究，回旋行波速調(diào)管放大 器在理論和實(shí)驗(yàn)兩方面都取得了很大的進(jìn)展(1. Wenjun Chen, "Nonlinear Theory of Gyrotwystrons with Stagger-Tuned Cavities" , IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, VOL. 26, NO. 3, pp. 429， JUNE 1998. 2. Monica Blank, "An Investigation of X-Band Gyrotwystron Amplifiers" , IEEE TRANS. ON PLASMA SCI., VOL. 26, NO. 3， pp. 577, 1998.)，成為最具發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值 的一種高功率寬帶毫米波相干輻射源之一。現(xiàn)有的回旋行波速調(diào)管放大器大體上有兩種配置方式，一種是輸入腔、群聚 腔和行波放大段工作于相同模式、相同頻率和相同諧波次數(shù)?；ɑ匦胁ㄋ僬{(diào) 管一般各部分工作于TE。,模式，如圖3， 4所示，模式競(jìng)爭(zhēng)容易控制，但功率容 量不足。還有一種所謂的諧波倍頻方案，輸入腔和中間腔工作于低階模式、低次 諧波和低頻率，輸出腔工作于高階模式、高次諧波和高頻率，優(yōu)點(diǎn)有二，首先采 用高次諧波可以降低磁場(chǎng)；其次，低頻率的驅(qū)動(dòng)源更廉價(jià)更容易獲得。缺點(diǎn)是， 倍頻方式完全是非線性的，相位不能鎖定，因此不能應(yīng)用于某些通信應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的有以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)同頻異?；匦胁ㄋ僬{(diào)管放大器由一個(gè)輸入腔、零個(gè)或多個(gè)群聚腔、 一個(gè) 或多個(gè)漂移段和一個(gè)行波放大段組成，輸入腔、群聚腔和行波放大段分別通過(guò)漂 移段連接成整體。輸入腔、群聚腔和行波放大段工作于相同諧波，相同頻率。輸入腔、群聚腔和行波放大段中工作波導(dǎo)模式角向指標(biāo)相同。輸入腔和群聚腔工作于較低階波導(dǎo)模式。行波放大段工作于比輸入腔更高階波導(dǎo)模式。 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.輸入腔和群聚腔工作于低階波導(dǎo)模式，有利于控制模式競(jìng)爭(zhēng)。2. 輸入腔、群聚腔和行波放大段工作于相同諧波，相同頻率，可以牽貞 頻鎖相。3. 行波放大段工作于比輸入腔更高階的波導(dǎo)模式，有利于提高器件功率。


圖l為同頻異?；匦胁ㄋ僬{(diào)管高頻結(jié)構(gòu)示意圖。1電子注通道，2輸入腔，3漂移段I， 4群聚腔，5漂移段n， 6損耗介質(zhì) 層，7行波放大段，8輸出漸變波導(dǎo)，9輸出均勻波導(dǎo)。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例 只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域 的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。實(shí)施例如圖1所示，同頻異模回旋行波速調(diào)管由電子注通道l，輸入腔2，漂移段13，群聚腔4，漂移段I15，損耗介質(zhì)層6，行波放大段7，輸出漸變波導(dǎo)8，輸 出均勻波導(dǎo)9多部分構(gòu)成，電子注通道1與輸入腔2連接，輸入腔2與漂移段 13連接，漂移段13與群聚腔4連接，群聚腔4與漂移段II 5連接，漂移段II 5 與行波放大段7連接，行波放大段7與輸出漸變波導(dǎo)8，輸出漸變波導(dǎo)8與輸出 均勻波導(dǎo)9連接，損耗介質(zhì)層安裝在行波放大段7的左側(cè)波導(dǎo)壁上。其中，根據(jù) 實(shí)際需要群聚腔可以為零個(gè)或多個(gè)。實(shí)施的原則是工作模式角向指標(biāo)保持相同，輸入腔、群聚腔和輸出行波 段工作于相同頻率，輸入腔和群聚腔工作于較低階模式，行波放大段工作于比輸 入腔更高階的波導(dǎo)模式。對(duì)于基波的情況，選擇輸入腔和群聚腔工作于TE01模式，行波放大段工作 于更高階模式TE02，輸入腔、群聚腔和行波放大段工作于相同頻率；也可選擇 輸入腔和群聚腔工作于TE02模式，行波放大段工作于更高階模式TE03，輸入腔、 群聚腔和行波放大段工作于相同頻率。對(duì)于二次諧波工作的情況，選擇輸入腔和群聚腔工作于TE02模式，行波放 大段工作于更高階模式TE03，輸入腔、群聚腔和行波放大段工作于相同頻率。對(duì)于基波的情況，使用一個(gè)輸入腔、 一個(gè)群聚腔和一個(gè)行波放大段的結(jié)構(gòu)。 輸入腔工作于TE01模式，圓波導(dǎo)半徑為0.57cm,長(zhǎng)度為l.Ocm，諧振頻率 34. 8GHz;群聚腔工作于TE01模式，圓波導(dǎo)半徑為0. 61cm，長(zhǎng)度為0. 82cm,諧振 頻率35.3GHz;行波放大段工作于TE02模式，圓波導(dǎo)半徑為1. 007cm，長(zhǎng)度為 4. 5cm,中心頻率35GHz;工作磁場(chǎng)1. 325T，電流8A，電壓65kV，電子橫向速度 和縱向速度比為1.5。計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的回旋行波速調(diào)管是零 驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定的，輸出功率最大為198kW，效率大于38%， 3dB帶寬為400MHz。
權(quán)利要求
1.同頻異?；匦胁ㄋ僬{(diào)管放大器，其特征在于該同頻異?；匦胁ㄋ僬{(diào)管放大器由一個(gè)輸入腔、零個(gè)或多個(gè)群聚腔、一個(gè)或多個(gè)漂移段和一個(gè)行波放大段組成，輸入腔、群聚腔和行波放大段分別通過(guò)漂移段連接成整體。
2. 如權(quán)利要求1所述同頻異?；匦胁ㄋ僬{(diào)管放大器，其特征在于輸入腔、 群聚腔和行波輸出段工作于相同諧波，相同頻率。
3. 如權(quán)利要求1所述同頻異?；匦胁ㄋ僬{(diào)管放大器，其特征在于于輸入 腔、群聚腔和行波輸出段中工作波導(dǎo)模式角向指標(biāo)相同。
4. 如權(quán)利要求1所述同頻異?；匦胁ㄋ僬{(diào)管放大器，其特征在于輸入腔 和群聚腔工作于相同的較低階波導(dǎo)模式。
5. 如權(quán)利要求1所述同頻異?；匦胁ㄋ僬{(diào)管放大器，其特征在于行波輸 出段工作于比輸入腔更高階的波導(dǎo)模式。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種同頻異模回旋行波速調(diào)管放大器，其特點(diǎn)是該同頻異模回旋行波速調(diào)管放大器由一個(gè)輸入腔、零個(gè)或多個(gè)群聚腔、一個(gè)或多個(gè)漂移段和一個(gè)行波放大段組成，輸入腔、群聚腔和行波放大段分別通過(guò)漂移段連接成整體。同頻異?；匦胁ㄋ僬{(diào)管放大器的輸入腔、群聚腔和行波放大段工作于相同諧波相同頻率，同頻異?；匦胁ㄋ僬{(diào)管放大器的輸入腔、群聚腔和行波放大段中工作波導(dǎo)模式角向指標(biāo)相同，同頻異?；匦胁ㄋ僬{(diào)管放大器的輸入腔和群聚腔工作于相同的較低階波導(dǎo)模式，行波放大段工作于比輸入腔更高階的波導(dǎo)模式。
文檔編號(hào)H01J25/10GK101329977SQ20081004467
公開(kāi)日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2008年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月11日
發(fā)明者李宏福, 勇 黃 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)