寬帶速調(diào)管研究領(lǐng)域取得重要進展

        中國科學院高功率微波源與技術(shù)重點實驗室副主任王勇研究員主持的中科院技術(shù)支撐預(yù)研項目“S波段大功率速調(diào)管帶寬擴展技術(shù)”，日前通過了測試專家組的現(xiàn)場測試驗收。該項目研制成功的速調(diào)管，在800kW的功率電平下，1.5dB的相對瞬時帶寬達到了12.1%。這個指標創(chuàng)造了目前世界上同類速調(diào)管帶寬的新紀錄。本刊記者對博士生導師王勇研究員進行了專訪。
        記者：王老師，您領(lǐng)導的科研團隊繼2002年成功研制出具有世界領(lǐng)先水平的11.2%帶寬的速調(diào)管以來，不斷挑戰(zhàn)速調(diào)管的帶寬極限，于2009年初又成功地將速調(diào)管的帶寬擴展到了12.1%。請您談一談這個成果的重要意義。
        王勇：大功率速調(diào)管作為雷達發(fā)射機的末級功率放大器，廣泛應(yīng)用于地面和艦載遠程警戒雷達、引導雷達等國土防空雷達，是雷達系統(tǒng)的“心臟”，亦是雷達技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)指標的重要保證。速調(diào)管的帶寬直接決定雷達的工作帶寬。將速調(diào)管的相對瞬時帶寬由11.2%擴展到12.1%，將使雷達的信息載運能力和抗干擾能力得到顯著提升。
        記者：在許多人心目中，速調(diào)管是一個很陌生的字眼，您能否簡單地給我們介紹一下什么是速調(diào)管以及速調(diào)管的發(fā)展史？
        王勇：速調(diào)管是一種基于速度調(diào)制原理，將電子注能量轉(zhuǎn)換成微波能量的微波真空電子器件，在軍事上、科學技術(shù)領(lǐng)域和人們的日常生活中都有廣泛的應(yīng)用。例如，在各種雷達發(fā)射機中，就是用它將微小的微波信號放大成強信號后發(fā)射到遠處；電視信號很多是由速調(diào)管將微波功率放大后發(fā)送出去或送到衛(wèi)星上；在高能物理研究中，高能粒子加速器上使用了大量的速調(diào)管作為微波功率源；在醫(yī)用放療設(shè)備、海關(guān)集裝箱檢測、工業(yè)微波加熱和空間微波能輸電等領(lǐng)域均是不可或缺的微波功率源。
        可以說，速調(diào)管是二十世紀人類的一項偉大的發(fā)明之一。它集中了許多科學家和工程師的研究成果和智慧。值得一提的是，1937年美國的Varian兄弟制成的雙腔速調(diào)管，是速調(diào)管發(fā)展的里程碑。20世紀40年代至60年代，在加速器、雷達、通信和電視廣播等軍用和民用微波電子系統(tǒng)的推動下，速調(diào)管得到了快速發(fā)展。在以后的40多年里，為進一步適應(yīng)高能粒子加速器、可控熱核聚變裝置、微波能束武器和寬帶雷達系統(tǒng)等應(yīng)用的需求，大功率速調(diào)管除了在進一步提高工作頻率、功率、效率、帶寬和壽命等方面取得重要進展外，還發(fā)展了多注速調(diào)管、帶狀注速調(diào)管和相對論速調(diào)管等新型速調(diào)管。此外在速調(diào)管的電子光學系統(tǒng)，高頻互作用電路，電子注與微波相互作用的計算機模擬方面也取得了重要進展。目前，世界上主要的速調(diào)管研制單位有美國的CPI、日本的TOSHIBA、法國的THALES、英國的TMD、俄羅斯的ISTOK和TORIY以及中國的中科院電子所。
                        

        記者：速調(diào)管的帶寬是什么含義？展寬速調(diào)管的帶寬有哪些技術(shù)難題？
        王勇：速調(diào)管的帶寬是指速調(diào)管在一定的工作條件下，輸出功率滿足一定技術(shù)要求的頻率范圍。速調(diào)管是雷達的“心臟”，直接決定雷達的工作帶寬等性能指標。雷達的設(shè)計者希望速調(diào)管既要有足夠?qū)挼膸捄妥銐蚋叩男剩忠浞逯倒β时M可能低，以提高其抗干擾能力、減小體積和重量、提高機動性和可靠性。然而，帶寬和效率以及峰值功率是矛盾的，效率愈高或峰值功率愈低，能實現(xiàn)的帶寬愈窄，反之亦然。此外，速調(diào)管由于其高頻互作用系統(tǒng)是由諧振腔構(gòu)成的，本質(zhì)上是一種窄帶器件。利用諧振腔結(jié)構(gòu)，最大限度地實現(xiàn)速調(diào)管的寬頻帶和高效率，一直是世界科學家力圖解決的科學難題。為此，科學家們絞盡腦汁，想出了許多辦法，如參差調(diào)諧技術(shù)、多電子注技術(shù)和特殊結(jié)構(gòu)的電路等來展寬速調(diào)管的帶寬。然而，由于需要克服的關(guān)鍵技術(shù)問題很多，國外同類速調(diào)管的帶寬最高水平還不到10％。
        記者：您領(lǐng)導的科研團隊在幾年的時間內(nèi)，使速調(diào)管的帶寬相繼突破了11％和12％，請問這里面有哪些成功的奧秘？
        王勇：許多事情的成功大概都有天時、地利和人和。如果說我們的成功有什么奧秘的話，那就是這三者我們都具備?！疤鞎r”就是用戶單位和上級領(lǐng)導給了我們這樣一個趕超世界先進水平的機會；“地利”是我們的重點實驗室具有很好的科研條件和雄厚的速調(diào)管研究基礎(chǔ)；“人和”也許有兩點：其一，本人很適合從事速調(diào)管方面的研究。速調(diào)管是一門綜合性的交叉學科，涉及微波電子學、真空電子學、陰極電子學、微波技術(shù)、熱力學、電真空工藝和材料、機械設(shè)計和加工以及計算機模擬等相關(guān)理論和技術(shù)。這就要求速調(diào)管的研究者必須要是復(fù)合型人才。本人在大學學的是機械，讀研究生時學的是微波，研究生畢業(yè)后又做過幾年的計算機軟件方面的工作，所以從事速調(diào)管方面的研究，比較得心應(yīng)手。其二，我們有一支結(jié)構(gòu)合理、富有創(chuàng)新意識的科研團隊。創(chuàng)新是一切文明、進步的源泉，亦是科技進步的靈魂。其實，創(chuàng)新并不一定都是原創(chuàng)，科技集成也是創(chuàng)新。因為，現(xiàn)有的科技成果和技術(shù)體系已相當豐富，當前面臨的許多科技問題在很大程度上可以集成現(xiàn)有的技術(shù)加以解決。我們就是采用科技集成的方法，在速調(diào)管的設(shè)計中“嫁接”了一些其它微波管的先進技術(shù)，最終實現(xiàn)了速調(diào)管帶寬的突破。
        記者：最后請您談一談速調(diào)管的發(fā)展趨勢以及您自己未來工作的打算。
        王勇：速調(diào)管正在朝著高功率、高頻率、寬頻帶和長壽命的方向發(fā)展。我作為中科院這個中國科技國家隊的一員，肩負著引領(lǐng)中國速調(diào)管發(fā)展的重要使命。目前，我正在負責一項國家863課題和一項中科院知識創(chuàng)新課題。這兩項課題都是具有世界先進水平的領(lǐng)域前沿課題。我要繼續(xù)努力地工作和學習，時刻保持創(chuàng)新意識，繼續(xù)向世界最高水平?jīng)_刺，為我國科技事業(yè)的發(fā)展，做出自己應(yīng)有的貢獻。