專利名稱：同頻異模多級(jí)回旋行波管放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同頻異模多級(jí)回旋行波管放大器，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)甩前景。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 from electrons 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.戶一.i ev.7959, 2: 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，回旋行波管具有比其他回 旋器件更大的帶寬和效率，因而自從被發(fā)明以來(lái)就受到了各國(guó)研究人員和政府的 高度重視。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，回旋行波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(Chu K R. Overview of research on the gyrotron traveling wave amplifier.Tmm on Haww 5W, 2002, 30(3): 903-908.),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?，F(xiàn)有的多級(jí)回旋行波管大體上有兩種配置方式， 一種是所有級(jí)工作于相同 模式相同頻率，包括基波和諧波工作方式，基波回旋行波管一般各段工作于TEm模式，模式競(jìng)爭(zhēng)較高次模式容易控制，但功率容量不足；也有基波回旋行波管工 作于高次模式如TE02的方案，目的是提高功率和帶寬，但模式競(jìng)爭(zhēng)不容易控制。 還有一種所謂的諧波倍頻方案，輸入段工作于低次諧波低頻率，其它段工作于高 次諧波高頻率，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)用領(lǐng)域。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種同頻異模多級(jí)回旋行波管 放大器。它具有在毫米波、亞毫米波及太赫茲頻段產(chǎn)生高功率相干輻射的能力， 有廣泛的軍事及民用應(yīng)用前景。本發(fā)明的目的有以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)同頻異模多級(jí)回旋行波管放大器由電子注通道，輸入段，截止段，輸出段， 輸出漸變波導(dǎo)和輸出均勻波導(dǎo)多段構(gòu)成，電子注通道與輸入段連接，輸入段與截 止段連接，截止段與輸出段連接，輸出段與輸出漸變波導(dǎo)連接，輸出漸變波導(dǎo)與 輸出均勻波導(dǎo)連接。輸入段和輸出段工作于相同諧波，相同頻率。 輸入段和輸出段中波導(dǎo)的工作模式角向指標(biāo)相同。 輸入段工作于較低階波導(dǎo)模式。 輸出段工作于比輸入段更高階模式。 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1. 輸入段工作于低階波導(dǎo)模式，有利于控制模式競(jìng)爭(zhēng)。2. 輸入段和輸出段工作于相同諧波，相同頻率，可以鎖頻鎖相。3. 輸出段工作于比輸入段更高階的波導(dǎo)模式，有利于提高器件功率。4. 輸入段波導(dǎo)有分布式衰減或多個(gè)集中衰減，使輸入段起線性放大的作 用并增大互作用距離。5. 截止段波導(dǎo)有強(qiáng)衰減，目的是隔離輸入段和輸出段，使它們不互相干 擾。同時(shí)能增大互作用距離。


圖l為同頻異模多級(jí)回旋行波速調(diào)管高頻結(jié)構(gòu)示意圖。l電子注通道，2輸入段，3截止段，4輸出段，5輸出漸變波導(dǎo)，6輸出均勻波導(dǎo)，7良導(dǎo)體波導(dǎo)壁，8損耗波導(dǎo)壁，9截止波導(dǎo)壁，IO良導(dǎo)體波導(dǎo)壁。圖2為輸出功率隨頻率變化的關(guān)系圖。
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，同頻異模多級(jí)回旋行波管放大器，由電子注通道1，輸入段2，截止段3，輸出段4，輸出漸變波導(dǎo)5，輸出均勻波導(dǎo)6多段構(gòu)成，電子注通道l 與輸入段2連接，輸入段2與截止段3連接，截止段3與輸出段4，輸出段4與 輸出漸變波導(dǎo)5連接，輸出漸變波導(dǎo)5與輸出均勻波導(dǎo)6連接。波導(dǎo)壁7是良導(dǎo) 體，波導(dǎo)壁8有損耗，波導(dǎo)壁9有強(qiáng)損耗，波導(dǎo)壁10是良導(dǎo)體。實(shí)施的原則是工作模式角向指標(biāo)相同，輸入段和輸出段工作于相同頻率， 輸入段工作于低階模式，輸出段工作于比輸入段更高階波導(dǎo)模式。對(duì)于基波的情況，選擇輸入段工作于TE01模式，輸出段工作于更高階模式 TE02，各段工作于相同頻率；也可以選擇輸入段和截止段工作于TE02模式，輸 出段工作于更高階模式TE03，各段工作于相同頻率。對(duì)于二諧波工作的情況，輸入段工作于高階模式TE02，輸出段工作于更高 階模式TE03。各段工作于相同頻率。對(duì)于基波的情況，選擇輸入段工作于TEOl模式，圓波導(dǎo)半徑為0. 55cm,長(zhǎng) 度為20cm,波導(dǎo)壁損耗p-90000pjp。u是金屬銅的電阻率)，中心頻率35GHz;截 止段半徑o. 55cm，長(zhǎng)度5cm，波導(dǎo)壁損耗p^000000p^輸出段工作于TE02模式， 圓波導(dǎo)半徑為1. 007cm,長(zhǎng)度為5cm,波導(dǎo)壁損耗p-pcu，中心頻率35GHz;工作磁 場(chǎng)1.26T，電流25A，電壓70kV，電子橫向速度和縱向速度比為1.0。計(jì)算機(jī)模 擬計(jì)算結(jié)果如圖2所示，所設(shè)計(jì)的回旋行波管是零驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定的，輸出功率最大為 570kW，效率大于30%， 3dB帶寬為5%。
權(quán)利要求
1.同頻異模多級(jí)回旋行波管放大器，其特征在于該同頻異模多級(jí)回旋行波管放大器由電子注通道(1)，輸入段(2)，截止段(3)，輸出段(4)，輸出漸變波導(dǎo)(5)，輸出均勻波導(dǎo)(6)多段構(gòu)成，電子注通道(1)與輸入段(2)連接，輸入段(2)與截止段(3)連接，截止段(3)與輸出段(4)連接，輸出段(4)與輸出漸變波導(dǎo)(5)連接，輸出漸變波導(dǎo)(5)與輸出均勻波導(dǎo)(6)連接。
2.如權(quán)利要求1所述同頻異模多級(jí)回旋行波管放大器，其特征在于輸入段 和輸出段工作于相同諧波，相同頻率。
3.如權(quán)利要求1所述同頻異模多級(jí)回旋行波管放大器，其特征在于輸入段 和輸出段中波導(dǎo)的工作模式角向指標(biāo)相同。
4. 如權(quán)利要求1所述同頻異模多級(jí)回旋行波管放大器，其特征在于輸入段 工作于較低階波導(dǎo)模式。
5. 如權(quán)利要求1所述同頻異模多級(jí)回旋行波管放大器，其特征在于輸出段 工作于比輸入段更高階波導(dǎo)模式。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種同頻異模多級(jí)回旋行波管放大器，其特點(diǎn)是該放大器由電子注通道(1)，輸入段(2)，截止段(3)，輸出段(4)，輸出漸變波導(dǎo)(5)，輸出均勻波導(dǎo)(6)多段構(gòu)成，電子注通道(1)與輸入段(2)連接，輸入段(2)與截止段(3)連接，截止段(3)與輸出段(4)連接，輸出段(4)與輸出漸變波導(dǎo)(5)連接，輸出漸變波導(dǎo)(5)與輸出均勻波導(dǎo)(6)連接。輸入段和輸出段工作于相同諧波相同頻率，輸入段和輸出段中波導(dǎo)的工作模式角向指標(biāo)相同，輸入段工作于較低階波導(dǎo)模式，輸出段工作于比輸入段更高階波導(dǎo)模式。
文檔編號(hào)H01J25/00GK101308752SQ20081004467
公開(kāi)日2008年11月19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)