周期永磁聚焦高功率毫米波带状电子束器件实现可实用化的若干关键问题研究

In this project, the theory and experiment researches will focus on several key problems of how to realize high peak output power, high average output power and wide bandwidth operation of PCM focused millimeter wave sheet beam devices. New research ideals and methods are presented. They are the study of sheet beam dynamic focusing including beam-wave interaction, the research of high compression ratio and two-direction compression high power electron gun, ultra-wideband dual mode operation and mode oscillation study, the high efficiency and mode suppression study of low filling factor resonant cavity structure based on special optimized electronic field distribution, the study of high power low loss multi-cavity sheet beam extended interaction oscillator based on backward wave enhanced mechanism, the high efficiency micro-channel heat exchanger study of sheet beam devices. The pertinence study will be performed based on the former study of static sheet beam focusing and sheet beam travelling wave study in our lab. The problems which limit the practical realization of small size, high peak output power, high average power, CW operation and wideband PCM focused sheet beam traveling wave tube and oscillator will be solved, and will promote the development of sheet beam devices.

目前国际上周期永磁聚焦高功率毫米波带状电子束器件还不能满足雷达和电子对抗等对高脉冲功率、高平均功率和宽频带等可实用化的应用需求。本项目针对限制带状束器件真正满足可实用化的若干关键问题进行理论和实验研究，并提出新的研究思路、方法和工作机理。它们主要包括：考虑电子注-波互作用的周期永磁聚焦带状电子束动态聚焦问题的研究，双向高压缩比、大电流、低发射密度的复杂非线性样条拟合曲线形式的带状束电子枪研究，极宽频带双模互作用和模式振荡问题研究，基于回波反馈增强新机理的高功率低损耗新型两腔带状束扩展互作用振荡器研究。在实验室前期探索的关于带状电子束静态周期磁体聚焦和带状束行波管研究的基础上，开展针对性的研究，以期解决限制小型化、高脉冲功率、高平均功率甚至连续波和宽频带毫米波周期永磁聚焦带状束行波和谐振器件达到可实用化的若干技术难题，推动高功率毫米波带状束器件的可实用化发展。

目前国际上周期永磁聚焦高功率毫米波带状电子束器件还不能满足雷达和电子对抗等对高脉冲功率、高平均功率和宽频带等可实用化的应用需求。本项目针对限制带状束器件真正满足可实用化的若干关键问题进行理论和实验研究，并提出新的研究思路、方法和工作机理。它们主要包括：考虑电子注-波互作用的周期永磁聚焦带状电子束动态聚焦问题的研究，双向高压缩比、大电流、低发射密度的复杂非线性样条拟合曲线形式的带状束电子枪研究，极宽频带双模互作用和模式振荡问题研究，基于回波反馈增强新机理的高功率低损耗新型两腔带状束扩展互作用振荡器研究。在实验室前期探索的关于带状电子束静态周期磁体聚焦和带状束行波管研究的基础上，开展了针对性的研究，以期解决限制小型化、高脉冲功率、高平均功率甚至连续波和宽频带毫米波周期永磁聚焦带状束行波和谐振器件达到可实用化的若干技术难题，推动高功率毫米波带状束器件的可实用化发展。通过这些关键技术的攻克，成功研制了国际上首个平均功率达到2kW的W频段带状束扩展互作用振荡器，Ka频段连续波4kW带宽达到7GHz的带状束行波管。这些器件的成功研制成功带动了小型主动拒止武器系统和高机动性对抗系统的研究。