短毫米波回旋速调管新型信号输入高频结构研究

Short-millimeter-wave gyroklystrons are very much suitable for the power sources of high performance millimeter-wave radars, phased array radars, millimeter wave beam shot weapons as well as the other millimeter and submillimeter system due to their advantages of high peak power, high average power, high gain, high efficiency and proper bandwidth. They, thus, have aroused great attention and interest among the United States, Russia, Germany, Japan and other countries and become one of the hottest international research. Gyroklystron generally consists of an input circuit, electron gun, electromagnetic wave - electron beam interaction chamber and other high frequency components. Among these components the input circuit, the electron gun and wave - beam interaction chamber, as the core parts of gyroklystron, determine the performance of gyroklystron. Traditional gyroklystron, however, is large in its lateral size and long in its input waveguide length due to the way of lateral injection of input signal. The large lateral size doesn't satisfy the neeed of the miliimeter wave system on compactness and the long input waveguide will result in decreased power efficiency due to the larger waveguide loss in millimeter, especially in short-millimeter wave band.. In order to solve the above problem existing in the traditional gyroklystron, axial (longitudinal) injection of the input signal is proposed. The form of the input circuit, the electron gun structure suitable for the novel signal injection is studied in order to ensure the tube has the same performance as the conventional one under the same condition.

短毫米波回旋速调管，因具有高峰值功率、高平均功率、高增益、高效率和适当带宽等优点，很适合作毫米波高性能雷达、相控阵雷达、毫米波束射武器等毫米波、亚毫米波系统的功率源，因而引起了美国、俄罗斯、德国、日本等国的高度重视，成为国际上研究的热点之一。回旋速调管一般由输入电路、电子枪、电磁波-电子束互作用腔等高频结构组成，其中的输入电路、电子枪和波-束互作用腔是回旋放大管的核心部分，决定着管子的性能。传统回旋速调管的输入信号采用径向（横向）方式注入回旋管腔，造成管子横向尺寸大，一方面，不能满足毫米波系统紧凑化的要求，另一方面，信号输入波导长，在短毫米波段损耗大，不利于整管效率的提高。. 为了解决管子横向尺寸过大以及因为输入波导长造成的损耗问题，本项目提出采用轴向（纵向）注入信号的方式，并探究相应的输入电路形式、电子枪的结构，以确保管子在相同工作条件下，其性能不低于同类传统管子。

回旋管为一种新型的毫米波器件，具有高频率、高功率和高带宽等优点，非常适合作为相控阵雷达、毫米波雷达、通信及电子对抗、受控热核聚变等高功率微波源。在众多的回旋管种类中包括了回旋返波管、回旋震荡管、回旋速调管和回旋行波管等微波器件。近年来，回旋管的研究受到国际上的广泛关注，我国的科研机构也一直对其进行研究。而磁控注入式电子枪作为回旋管的重要组成部分，对磁控注入式电子枪的研究也是回旋管设计的关键技术之一，本项目着重于对磁控注入式电子枪的研究，提出了一种纵向入射磁控注入式电子枪。将磁控注入式电子枪阴极部分加入同轴信号输入波导，使电子枪在完成电子注发射任务的同时进行可靠的信号传输，采用这种结构的回旋速调放大器件，有效降低了回旋放大器件的体积和外加磁场的设计难度。因此具有重要的研究价值和应用价值。.本项目主要工作和研究成果如下：.1、完成了电子枪建模和分析，弄清楚了谐振腔谐振特性与腔集合结构间的关系。建立了适用电磁场模式匹配法分析的物理模型，基于该方法编写数值分析程序，分析传输特性的影响因素。.2、完成了新型输入高频结构的理论模型及模拟研究，完成了电子光学模拟软件及电子枪的设计，完成了高频（输入、互作用）结构的研究和分析。.3、 完成了外加静磁场和静电场情况下的电子枪电子注质量与阳极（腔体的主部） 形状的关系研究，采用已有的分析优化程序以及仿真软件相对照的方式进行可视化分析和研究，完成了TE01电磁模式生成器的研发和实验测试。. 以上研究弄清楚了制约影响新型信号输入结构性能的因素，取得了设计高功率短毫米波回旋速调管信号纵向输入电子枪构造和优化的关键技术，为研制高效率、紧凑的回旋速调管高频输入结构提供了理论和技术依据。