Ku波段回旋行波管设计与分析.pdf

第28卷第3期微波学报Vol．28No．3
2012年6月JOURNALOFMICROWAVESJun．2012

文章编号:1005-6122(2012)03-0029-04
Ku波段回旋行波管设计与分析*

蒲友雷罗勇鄢然刘国蒋伟
(电子科技大学物理电子学院，成都610054)

摘要:设计了用于Ku波段的介质加载回旋行波管。阐述了磁控注入电子枪的设计，采用均匀介质加载的
结构来抑制回旋行波管的自激振荡，降低了回旋行波管的起振电流，同时提高了寄生模式的起振长度。设计了线极
化输入耦合器。设计的回旋行波管工作电压为70kV，工作电流为10A，最大峰值功率210kW，最大功率处增益为
35dB，3dB带宽为1．8GHz。
关键词:回旋行波管，Ku波段，磁控注入电子枪，介质加载

DesignandAnalysisofKu-bandGyroTravelingWaveTubes

PUYou-lei，LUOYong，YANRan，LIUGuo，JIANGWei
(SchoolofPhysicalElectronics，UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina，Chengdu610054，China)

Abstract:AKubandgyrotravelingwavetube(gyro－TWT)isdesignedinthispaper．First，thedesignofthemag-
neticinjectionguns(MIG)isgiven．Second，itusesthedielectricloadedstructure，whichdecreasesthestartcurrentandin-
creasesthestartlengthinthetube．Finally，thelinearpolarizedinputcouplerisdesigned．Thegyro-TWTisoperatedin
70kV，10A，andtheoutputpeakpoweris210kW，thegainis35dB，3dBbandwidthis1．8GHz．
Keywords:gyro－TWT，Kuband，MIG，dielectricloaded

甚至更高的频率上，而相对于较低的频段的研
引言Ku
究，国内才刚刚起步。Ku波段的回旋行波管相对于
回旋行波管以其高功率、宽频带的特点广泛应普通的微波放大器件而言，能够获得更高的峰值功
用于毫米波雷达、等离子体加热、拒止武器等方率输出。
面［2］。回旋行波管的研究现已成为国际上毫米波、
1电子枪
亚毫米波高功率器件研究的热点之一。近年来，国
内中科院电子所、电子科技大学等多家单位也启动回旋行波管中一般采用磁控注入电子枪产生回
了回旋管研究项目，并取得一系列成果［4］。旋电子注，由于回旋管是横向换能器件，所以需要得
在国际上，加州大学戴维斯分校研制的Ku波到一定横纵速度比的电子注，并且速度零散尽可能
段回旋行波管工作在15．7GHz，二次回旋谐波工作小，电子注的一致性越好、回旋管的互作用效率越
时获得了207kW的峰值功率输出，该管采用了开槽高［5］。根据高频互作用换能的要求，我们需要得到电
波导的结构来抑制自激振荡，实验验证了谐波互作压电流横纵速度比引导
V0=70kV、I0=10A、α=1．2、
用能够稳定的工作，采用谐波输出的回旋行波管能中心半径R=2．8mm的电子注。根据要求优化设计
够产生高功率的输出。俄罗斯应用物理研究所研制得到一支双阳极磁控注入电子枪。电子枪的参数如
的二次谐波回旋速调管采用二腔结构，在Ka波段获表1所示，图1(a)为电子枪区的磁场分布，图1(b)为
得258kW的输出功率，增益为17dB，带宽为0．3%。利用Magic软件建立的电子光学系统模型和模拟得
在国内，回旋管的研究主要集中在Ka波段、W波段到的电子轨迹。

*收稿日期:2012-02-20;修回日期:2012-05-10
基金项目:国家自然科学基金(61101040)
微波学报2012年6月

2介质加载互作用结构的设计
抑制回旋行波管高功率输出的最大问题在于回
旋行波管的自激振荡问题。对于Ku波段的回旋行
波管，我们采用模式作为工作模式，中心频率
TE11
为16GHz。回旋行波管的色散曲线如图2所示。从
图上可以看出，点为工作点，点为寄生模式
12TE21
返波振荡的工作点。当工作电流过大时，点1可能
移动到传播常数负数区，微波在正向以及反向上都
能得到放大，形成一个反馈回路，造成工作模式的自
激振荡。同样，当互作用长度过长，点2的返波放大
大于传输损耗时，会形成寄生模式的返波振荡。这
就是回旋行波管自激振荡问题。自激振荡的存在极
大限制了