新型双波段介质加载基波回旋行波管高频系统研究

In order to meet the requirement of developing dual-band radar system and solve the problem of the traditional dual-band Gyro-TWT’s upper output band which is narrow. A new type dual-band fundamental wave gyro-TWT with a ceramic loaded interaction region is presented . At same time, the high frequency system of the new type gyro-TWT is studied. The innovation includes:1)The working of fundamental wave is adopted at the higher working band of the new type dual-band fundamental wave gyro-TWT which can increase the output band of the higher working-band .2)A new type dual-band dual-mode input coupler is presented which can realize wide-band input for the signals of two different frequency and modes. 3) A new type high frequency structure with a nonperiodic and inhomogeneous ceramic loaded interaction region which can realize efficiency work for the signals of two different frequencies and modes

针对目前研制双波段雷达对高功率回旋行波管的需求，以及现有双波段回旋行波管在高端频段输出频带较窄的问题，提出一种新型双波段介质加载基波回旋行波管，并对其高频系统进行系统研究，为下一步研制实验样管提供技术和理论支撑。创新性如下：（1）在该回旋行波管的高端波段采用基波工作方式，可以有效地扩展该回旋行波管在高端波段的带宽（相对带宽从3%的扩展到10%）。（2) 提出一种双波段双模宽带输入耦合器结构，实现不同模式，不同频段信号的宽带输入，解决该回旋行波管工程研制过程中的一个难题。（3）提出一种双频双模非周期非均匀介质加载高频结构，抑制寄生模式振荡，实现两个波段的两个不同模式在同一高频结构内的有效工作。

针对雷达整机单位发展双波段雷达系统对双波段高功率毫米波源的需求，本项目提出一种新型双波段介质加载基波回旋行波管方案，并对其高频系统进行了深入的研究。项目在四年的研究工作中按计划，先后开展并完成了新型双波段介质加载基波回旋行波管的介质加载高频互作用系统的研究工作；新型双波段双模输入系统的研究工作；新型双波段基波回旋行波管小信号以及自洽非线性大信号理论分析与计算工作，并在此基础上，通过整体优化电子注参量、高频结构以及各波段外部磁场，有效地抑制各波段的自激振荡，提高输出功率和扩展输出带宽，给出了新型双波段基波回旋行波管高频系统的整体优化设计方案，同时建立粒子模拟模型，并进行了粒子模拟验证。研究表明：所设计的新型的双波段回旋行波管，在KU波段（工作模式为TE11模式）18.1GHz处，获得了240 kW的峰值功率，相应的最大效率为31%，最大增益45.5 dB以及2.2GHz的3dB带宽；在Ka波段（工作模式为TE01模式）34.7GHz处，获得了160 kW的峰值功率，相应的最大效率为26%，最大增益50.4 dB以及3.5GHz的3dB带宽。项目研究工作实现了回旋行波管的单管双波段高功率、高效、宽带稳定输出，为下一步样管的研制提供了重要的技术支撑，对下一步研制出满足雷达整机用户发展双波段雷达、电子对抗系统急需的高功率双波段回旋行波管具有重要意义。