雷达用回旋行波管相位问题研究

As a high power and wide band millimeter microwave amplifier, Gyro-TWT is the best candidate for RF source in radar system. The phase characteristic of output microwave, such as phase stability, the relationship between phase and frequency, amplitude, beam voltage, beam current, are the important parameters for radar amplifier. These characteristics decide the other components’ performance in radar system, so they are important for Gyro-TWT design. Based on RF phase theory, this paper demonstrates the theoretical analysis and simulation, vector network analyzer measurement, Gyro-TWT hot test. And phase characteristic is studied in the whole microwave amplified process. Finally, the Gyro-TWTs with stable phase characteristic are fabricated. These Gyro-TWTs can apply in the radar system anduse the power combination to enhance the radar performance. And the performance of power supply and super conduct magnet are confirmed by phase characteristic.

回旋行波管作为大功率宽带毫米波源是下一代远距离高分辨率成像雷达发射机源的必然选择，雷达用放大器件其相位特性是其能否有效工作的重要指标。主要指标包括相位的时间稳定度；相位随输入频率变化的连续性，相位随输入幅值变化的连续性；相位随工作电压、工作电流变化趋势等指标。为达到这些指标，需研究回旋行波管输出相位随工作时间、输入信号、外加电压、电流等因素变化的规律，从而设计出满足相位要求的回旋行波管。本课题先期通过大量的部件冷测与整管热测实验，找出影响回旋行波管输出相位的主要因素，而后建立输出相位研究的理论模型，再根据场匹配与耦合波理论编制部件冷场分析程序进行冷场相位分析，并利用HFSS、CST进行冷场相位仿真；利用小信号理论、自洽大信号理论、PIC模拟进行热场相位分析。通过以上分析建立回旋行波管输出相位分析平台，优化其相位特性。为实现回旋行波管的雷达应用，进行管与管间的功率合成。

普通行波管的相位特性及相噪特性的研究已开展多年，分别进行了相位的冷场特性及热场非线性的特性研究，相位的一致性理论与仿真研究，并在此基础上进行了相位一致性行波管研制工作；研究了相位噪声的来源，对雷达作用距离的影响，及相噪抑制技术。通过以上相位特性的研究使行波管广泛用于各类雷达、通信及对抗系统中。但回旋行波管的雷达应用还处于起步阶段，其相位问题的研究国内外尚无文献报道。本课题组利用回旋行波管多年研制经验，结合常规行波管相位研究方法对横向换能回旋器件开展输出相位形成机理研究工作，针对相位随外界因素的变化，特别是多模及反射条件下冷场与热场相位进行解析分析、模拟仿真及试验研究工作；在此基础上建立回旋行波管相位优化平台，为回旋行波管在国内大功率毫米波远程成像雷达中的应用奠定理论基础。