94GHz漸變復(fù)合腔回旋管的設(shè)計與實(shí)驗(yàn)

　　根據(jù)注-波互作用自洽非線性理論，設(shè)計了一種二次諧波回旋管的漸變復(fù)合腔結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了數(shù)值模擬;通過采用波紋波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和不同的相位重匹配技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，設(shè)計了一種94GHz波紋波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器;根據(jù)模擬計算結(jié)果研制出了94GHz漸變復(fù)合腔二次諧波回旋管。實(shí)際測試的結(jié)果表明：所研制的回旋管在電子注電壓50kV，電流8.8A，工作磁場1.56T時工作頻率為94.2GHz，峰值輸出功率為115kW，平均輸出功率為3kW，效率為26%。

　　毫米波波束窄、分辨能力強(qiáng)、方向性強(qiáng)、能量密度大、抗干擾能力強(qiáng)，在高分辨率雷達(dá)、衛(wèi)星通信、導(dǎo)彈末端制導(dǎo)、電子對抗、毫米波輻射武器、電磁能量定向傳輸?shù)阮I(lǐng)域具有突出的優(yōu)點(diǎn)，尤其是高功率毫米波。因而，對產(chǎn)生高功率毫米波的高功率毫米波源的研制尤為重要，已經(jīng)引起國際上的普遍重視。94GHz是毫米波傳播的大氣窗口之一，目前國內(nèi)在這一頻段的高功率微波發(fā)射系統(tǒng)的研制工作還處于起步階段，與國際先進(jìn)水平尚有較大差距。在頻段上，與毫米波源較接近的有傳統(tǒng)微波管和激光器兩個領(lǐng)域。

　　傳統(tǒng)微波管的工作頻率與其高頻系統(tǒng)的尺寸具有共度性，所以當(dāng)傳統(tǒng)微波管向毫米波等更高的頻段發(fā)展時，其高頻系統(tǒng)的尺寸越來越小，以至于無法加工制造;同時，由于高頻結(jié)構(gòu)尺寸過小，允許通過的電子流很小，從而使得傳統(tǒng)微波管在毫米波段的功率容量受到很大限制;激光器雖然在更高的頻段實(shí)現(xiàn)了電磁輻射，但是當(dāng)它向毫米波段擴(kuò)展時，工作效率將急劇下降，以至于不可實(shí)用。因此，傳統(tǒng)微波管和激光器向毫米波段的擴(kuò)展各自遇到了原則性的困難，而基于電子回旋諧振受激輻射機(jī)理研制的回旋管則成功地克服了這一困難。本文對工作頻率在94GHz的回旋管進(jìn)行研制，并給出實(shí)際測試結(jié)果。

1、漸變復(fù)合腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　如圖1所示，本文所設(shè)計的漸變復(fù)合腔由腔體I和腔體II兩個部分構(gòu)成，其中腔體I工作于較低階模式，腔體II工作于較高階模式。兩個腔體通過它們之間的過渡段產(chǎn)生耦合，適當(dāng)選擇復(fù)合腔的尺寸，可以使復(fù)合腔工作在單一的諧振模式對TEmn -TEmn $(n$>n)而無其它寄生諧振模式對。在復(fù)合腔的第I腔中，電子注與TEmn的駐波場作用而產(chǎn)生預(yù)群聚，并在第II腔中優(yōu)先激勵起TEmn $ 模，并與之互作用，產(chǎn)生高頻振蕩。

圖1　漸變復(fù)合腔結(jié)構(gòu)示意圖

結(jié)論

　　本文通過對漸變復(fù)合腔回旋管高頻系統(tǒng)和模式變換器的理論分析和數(shù)值模擬，研制出了工作在94GHz的二次諧波漸變復(fù)合腔回旋管，其實(shí)物如圖5所示。實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果表明：所制的回旋管在電子注電壓50kV，電流8.8A，工作磁場1.56T時工作頻率為94.2GHz，峰值輸出功率為115kW，平均輸出功率為3kW，效率為26%。

圖5　94GHz漸變復(fù)合腔回旋管實(shí)物