专利名称：同频异模多级回旋行波管放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种同频异模多级回旋行波管放大器，属于高功率毫米波源技 术领域。
背景技术：
高功率毫米波雷达在高分辨率雷达成像、反隐身、反低空飞行目标、反掠 海飞行导弹、导弹防御和电子对抗等国防领域具有非常重要的应用前景，在遥感、 气象、深空探测和高能物理等民用领域也有很好的应甩前景。要发展高功率毫米 波雷达，首先要研制高功率毫米波源，传统的真空电子器件在毫米波频段遇到了 极大的困难。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.户一.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.)作为一种新型快波器件，它不受常规电真空器件中电子与波互作 用空间的线尺寸和频率成反比规律的限制，在毫米波段其尺寸比传统器件大得 多，因而其功率容量也大得多。为了获得应用于毫米波雷达系统的高功率相干毫 米波源，国内外正在大力发展回旋管放大器件。其中，回旋行波管具有比其他回 旋器件更大的带宽和效率，因而自从被发明以来就受到了各国研究人员和政府的 高度重视。经过几十年的发展，回旋行波管放大器在理论和实验两方面都取得了 很大的进展(Chu K R. Overview of research on the gyrotron traveling wave amplifier.Tmm on Haww 5W, 2002, 30(3): 903-908.),成为最具发展前景和应用价值 的一种高功率宽带毫米波相干辐射源之一。现有的多级回旋行波管大体上有两种配置方式， 一种是所有级工作于相同 模式相同频率，包括基波和谐波工作方式，基波回旋行波管一般各段工作于TEm模式，模式竞争较高次模式容易控制，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，目的是提高功率和带宽，但模式竞争不容易控制。 还有一种所谓的谐波倍频方案，输入段工作于低次谐波低频率，其它段工作于高 次谐波高频率，优点有二，首先采用高次谐波可以降低磁场；其次，低频率的驱 动源更廉价更容易获得。缺点是，倍频方式完全是非线性的，相位不能锁定，因 此不能应用于某些通信应用领域。 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频异模多级回旋行波管 放大器。它具有在毫米波、亚毫米波及太赫兹频段产生高功率相干辐射的能力， 有广泛的军事及民用应用前景。本发明的目的有以下技术措施实现同频异模多级回旋行波管放大器由电子注通道，输入段，截止段，输出段， 输出渐变波导和输出均匀波导多段构成，电子注通道与输入段连接，输入段与截 止段连接，截止段与输出段连接，输出段与输出渐变波导连接，输出渐变波导与 输出均匀波导连接。输入段和输出段工作于相同谐波，相同频率。 输入段和输出段中波导的工作模式角向指标相同。 输入段工作于较低阶波导模式。 输出段工作于比输入段更高阶模式。 本发明具有如下优点1. 输入段工作于低阶波导模式，有利于控制模式竞争。2. 输入段和输出段工作于相同谐波，相同频率，可以锁频锁相。3. 输出段工作于比输入段更高阶的波导模式，有利于提高器件功率。4. 输入段波导有分布式衰减或多个集中衰减，使输入段起线性放大的作 用并增大互作用距离。5. 截止段波导有强衰减，目的是隔离输入段和输出段，使它们不互相干 扰。同时能增大互作用距离。
图l为同频异模多级回旋行波速调管高频结构示意图。l电子注通道，2输入段，3截止段，4输出段，5输出渐变波导，6输出均匀波导，7良导体波导壁，8损耗波导壁，9截止波导壁，IO良导体波导壁。图2为输出功率随频率变化的关系图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例 只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域 的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。实施例如图1所示，同频异模多级回旋行波管放大器，由电子注通道1，输入段2，截止段3，输出段4，输出渐变波导5，输出均匀波导6多段构成，电子注通道l 与输入段2连接，输入段2与截止段3连接，截止段3与输出段4，输出段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。波导壁7是良导 体，波导壁8有损耗，波导壁9有强损耗，波导壁10是良导体。实施的原则是工作模式角向指标相同，输入段和输出段工作于相同频率， 输入段工作于低阶模式，输出段工作于比输入段更高阶波导模式。对于基波的情况，选择输入段工作于TE01模式，输出段工作于更高阶模式 TE02，各段工作于相同频率；也可以选择输入段和截止段工作于TE02模式，输 出段工作于更高阶模式TE03，各段工作于相同频率。对于二谐波工作的情况，输入段工作于高阶模式TE02，输出段工作于更高 阶模式TE03。各段工作于相同频率。对于基波的情况，选择输入段工作于TEOl模式，圆波导半径为0. 55cm,长 度为20cm,波导壁损耗p-90000pjp。u是金属铜的电阻率)，中心频率35GHz;截 止段半径o. 55cm，长度5cm，波导壁损耗p^000000p^输出段工作于TE02模式， 圆波导半径为1. 007cm,长度为5cm,波导壁损耗p-pcu，中心频率35GHz;工作磁 场1.26T，电流25A，电压70kV，电子横向速度和纵向速度比为1.0。计算机模 拟计算结果如图2所示，所设计的回旋行波管是零驱动稳定的，输出功率最大为 570kW，效率大于30%， 3dB带宽为5%。
权利要求
1.同频异模多级回旋行波管放大器，其特征在于该同频异模多级回旋行波管放大器由电子注通道(1)，输入段(2)，截止段(3)，输出段(4)，输出渐变波导(5)，输出均匀波导(6)多段构成，电子注通道(1)与输入段(2)连接，输入段(2)与截止段(3)连接，截止段(3)与输出段(4)连接，输出段(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。
2.如权利要求1所述同频异模多级回旋行波管放大器，其特征在于输入段 和输出段工作于相同谐波，相同频率。
3.如权利要求1所述同频异模多级回旋行波管放大器，其特征在于输入段 和输出段中波导的工作模式角向指标相同。
4. 如权利要求1所述同频异模多级回旋行波管放大器，其特征在于输入段 工作于较低阶波导模式。
5. 如权利要求1所述同频异模多级回旋行波管放大器，其特征在于输出段 工作于比输入段更高阶波导模式。
全文摘要
本发明公开了一种同频异模多级回旋行波管放大器，其特点是该放大器由电子注通道(1)，输入段(2)，截止段(3)，输出段(4)，输出渐变波导(5)，输出均匀波导(6)多段构成，电子注通道(1)与输入段(2)连接，输入段(2)与截止段(3)连接，截止段(3)与输出段(4)连接，输出段(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。输入段和输出段工作于相同谐波相同频率，输入段和输出段中波导的工作模式角向指标相同，输入段工作于较低阶波导模式，输出段工作于比输入段更高阶波导模式。
文档编号H01J25/00GK101308752SQ20081004467
公开日2008年11月19日 申请日期2008年6月11日 优先权日2008年6月11日
发明者李宏福, 勇 黄 申请人:电子科技大学