回旋管电子光学系统及高频互作用系统的研究 开题报告

回旋管电子光学系统及高频互作用系统的研究

一课题研究背景

大功率微波器件在现代军事电子装备中起着十分重要的作用。普通微波管，包括行波管、速调管、磁控管等已经发展到较高的水平，在厘米波段大功率微波管中起着主导作用。但是随着工作频率的提高，由于机理的限制，普通微波管在毫米波段零件尺寸太小，加工难度大、阴极发射密度有限、散热困难等因素，使它难以工作到高功率，特别是高平均功率。人们除了继续从多方面进行改进，以提高毫米波波段微波管性能外，还积极探索解决问题的新途径和新机理。而电子回旋脉塞器件——回旋管，正是在这种背景下出现和得到发展的。以电子回旋脉塞不稳定性为机理的快波器件——回旋管的发展应首先归功于前苏联科学院应用物理研究所的科学家们，经过长期的努力，采用磁控注入电子枪终于研制成功了能在毫米波、亚毫米波波段产生大功率的回旋管。毫米波大（高）功率相干电磁辐射在军用和民用方面有着巨大前景。在强烈的需求背景下，随俄罗斯人之后，世界上许多国家，特别是美国，大批科学家都投入了这个领域的理论和实验研究工作，使回旋管的研究工作成为所属学科研究的前沿和热点。从上世纪70年代中期至现在，研究工作经久不衰。回旋管本身及其应用研究均取得了很大进展，回旋管已发展成为一个多品种的大家族，它们包括回旋振荡管（Gyrotron Oscillator）、回旋返波管（Gyro-BWO）、回旋速调管（Gyroklystron）、回旋行波管（Gyro-TWT）、回旋磁控管（Gyro-Magnetron）、回旋自谐振脉塞（Gyrotron Autoresonance Maser）等等。凡是普通微波管有的品种，它都拥有。在世界各国，包括美、俄、德、日本、英、法等国，对回旋管进行了大量工作，中国从上世纪70年代后期开始在电子科技大学、中科院电子所、电子12所等单位先后在不同时期开展了对回旋管的研究工作。回旋速调管在结构上与普通多腔速调管有相似之处，它的互作用高频系统是多个（至少两个）彼此分离的谐振腔，其间有供电子注通过的而对工作模式截止的漂移管，它的换能机制与普通速调管有原则区别，它是利用磁控注入电子枪产生的回旋电子注与腔中电磁场作用，由于相对论质量效应而产生角向群聚，进而实现横向换能，使输入的微波，毫米波信号得到放大。回旋速调管放大器具有高功率、高效率、工作稳定、一定带宽、适合毫米波波段工作等特点，在军事上有诱人的应用前景，它是回旋管家族中成功的应用于毫米波高功率雷达的品种，因而在国际上受到高度重视。原苏联科学家，早在20世纪60年代中期就开始在回旋速调管的研究上下功夫。首先在厘米波波段进行了原理实验，以后在毫米波波段的两个大气窗口8mm和3mm波段研制了高峰值功率和高平均功率的回旋速调管。俄国人在毫米波回旋速调管方面取得的重要进展在20世纪90年代初期才逐渐在国际会议上公布，这促进了回旋速调管在国际上的发展。美国海军实验室（NRL）及瓦里安公司（即现在的通信与功率工业公司，CPI）在厘米波段和毫米波波段对回旋速调管进行了不少研究工作：在发展高功率毫米波雷达的强烈需求推动下，自上世纪90年代中期美国启动了一个强有力的发展W波段高平均功率回旋速调管和相应雷达的计划，在军方和能源部的支持下，由海军实验室电子科学与技术部（Electronics Science and Technology Division）真空电子学分部（Vacuum Electronics Branch）领头，CPI、Litton 公司和马里兰大学（U.M）参加，从1995年开始，共同研制W波段高平均功率回旋速调管的原型，以后由NRL和CPI进一步改进回旋速调管的性能。经过数年研究，1999至2000年间，W波段的高功率回旋速调管已取得了突破性进展。美国的这些速调管主要是军用的弱相对论回旋速调管。它还可以用于下一代直线对撞机驱动源。在国内，电子科技大学和中科院电子所均开始了Ka波段回旋速调管的研究工作，国内的研制工作与国际上尚有较大的差距，工作仍需大力进行。国际上回旋速调管已经发展到很高水平，在军事上已开始进入实用化，但是仍有

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