[发明专利]同频异模回旋行波速调管放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种同频异模回旋行波速调管放大器(gyrotwystron)，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用前景。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 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 ofradiation by relativistic electrons in a magnetic field.Phys.Rev.Lett，1959，2：504-508.3.A.V.Gaponov，“Interaction between irrectilinear electron beamsand 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，回旋行波速调管放大器(gyrotwystron)由于在输出段采用行波结构(gyro-TWT)具有回旋速调管(gyroklystron)高效率高增益的优点，同时克服了回旋速调管带宽窄的缺点。由于限制回旋速调管带宽的一个重要因素是输出腔带宽有限，回旋速调管放大器的通过把回旋速调管的输出腔更换为行波段，去掉了输出谐振腔对管子带宽的限制，另外，还可以通过参差调谐来进一步增大回旋行波速调管的带宽(G.S.Nusinovich，“Linear Theory of a Gyrotwystron with Stagger-Tuned Cavities”，Phys.Plasmas vol.4(9)，pp.3394-3402，2002.)。经过多年的研究，回旋行波速调管放大器在理论和实验两方面都取得了很大的进展(1.Wenjun Chen，“Nonlinear Theoryof Gyrotwystrons with Stagger-Tuned Cavities”，IEEE TRANSACTIONS ONPLASMA SCIENCE，VOL.26，NO.3，pp.429，JUNE 1998.2.Monica Blank，“An Investigation of X-Band Gyrotwystron Amplifiers”，IEEE TRANS.ONPLASMA SCI.，VOL.26，NO.3，pp.577，1998.)，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。

现有的回旋行波速调管放大器大体上有两种配置方式，一种是输入腔、群聚腔和行波放大段工作于相同模式、相同频率和相同谐波次数。基波回旋行波速调管一般各部分工作于TE₀₁模式，如图3，4所示，模式竞争容易控制，但功率容量不足。还有一种所谓的谐波倍频方案，输入腔和中间腔工作于低阶模式、低次谐波和低频率，输出腔工作于高阶模式、高次谐波和高频率，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。

发明内容

本发明的目的有以下技术措施实现

同频异模回旋行波速调管放大器由一个输入腔、零个或多个群聚腔、一个或多个漂移段和一个行波放大段组成，输入腔、群聚腔和行波放大段分别通过漂移段连接成整体。

输入腔、群聚腔和行波放大段工作于相同谐波，相同频率。

输入腔、群聚腔和行波放大段中工作波导模式角向指标相同。

输入腔和群聚腔工作于较低阶波导模式。

行波放大段工作于比输入腔更高阶波导模式。

本发明具有如下优点：