宽带速调管研究领域取得重要进展
中国科学院高功率微波源与技术重点实验室副主任王勇研究员主持的中科院技术支撑预研项目“S波段大功率速调管带宽扩展技术”，日前通过了测试专家组的现场测试验收。该项目研制成功的速调管，在800kW的功率电平下，1.5dB的相对瞬时带宽达到了12.1%。这个指标创造了目前世界上同类速调管带宽的新纪录。本刊记者对博士生导师王勇研究员进行了专访。
记者：王老师，您领导的科研团队继2002年成功研制出具有世界领先水平的11.2%带宽的速调管以来，不断挑战速调管的带宽极限，于2009年初又成功地将速调管的带宽扩展到了12.1%。请您谈一谈这个成果的重要意义。
王勇：大功率速调管作为雷达发射机的末级功率放大器，广泛应用于地面和舰载远程警戒雷达、引导雷达等国土防空雷达，是雷达系统的“心脏”，亦是雷达技术和战术指标的重要保证。速调管的带宽直接决定雷达的工作带宽。将速调管的相对瞬时带宽由11.2%扩展到12.1%，将使雷达的信息载运能力和抗干扰能力得到显著提升。
记者：在许多人心目中，速调管是一个很陌生的字眼，您能否简单地给我们介绍一下什么是速调管以及速调管的发展史？
王勇：速调管是一种基于速度调制原理，将电子注能量转换成微波能量的微波真空电子器件，在军事上、科学技术领域和人们的日常生活中都有广泛的应用。例如，在各种雷达发射机中，就是用它将微小的微波信号放大成强信号后发射到远处；电视信号很多是由速调管将微波功率放大后发送出去或送到卫星上；在高能物理研究中，高能粒子加速器上使用了大量的速调管作为微波功率源；在医用放疗设备、海关集装箱检测、工业微波加热和空间微波能输电等领域均是不可或缺的微波功率源。
可以说，速调管是二十世纪人类的一项伟大的发明之一。它集中了许多科学家和工程师的研究成果和智慧。值得一提的是，1937年美国的Varian兄弟制成的双腔速调管，是速调管发展的里程碑。20世纪40年代至60年代，在加速器、雷达、通信和电视广播等军用和民用微波电子系统的推动下，速调管得到了快速发展。在以后的40多年里，为进一步适应高能粒子加速器、可控热核聚变装置、微波能束武器和宽带雷达系统等应用的需求，大功率速调管除了在进一步提高工作频率、功率、效率、带宽和寿命等方面取得重要进展外，还发展了多注速调管、带状注速调管和相对论速调管等新型速调管。此外在速调管的电子光学系统，高频互作用电路，电子注与微波相互作用的计算机模拟方面也取得了重要进展。目前，世界上主要的速调管研制单位有美国的CPI、日本的TOSHIBA、法国的THALES、英国的TMD、俄罗斯的ISTOK和TORIY以及中国的中科院电子所。
记者：速调管的带宽是什么含义？展宽速调管的带宽有哪些技术难题？
王勇：速调管的带宽是指速调管在一定的工作条件下，输出功率满足一定技术要求的频率范围。速调管是雷达的“心脏”，直接决定雷达的工作带宽等性能指标。雷达的设计者希望速调管既要有足够宽的带宽和足够高的效率，又要其峰值功率尽可能低，以提高其抗干扰能力、减小体积和重量、提高机动性和可靠性。然而，带宽和效率以及峰值功率是矛盾的，效率愈高或峰值功率愈低，能实现的带宽愈窄，反之亦然。此外，速调管由于其高频互作用系统是由谐振腔构成的，本质上是一种窄带器件。利用谐振腔结构，最大限度地实现速调管的宽频带和高效率，一直是世界科学家力图解决的科学难题。为此，科学家们绞尽脑汁，想出了许多办法，如参差调谐技术、多电子注技术和特殊结构的电路等来展宽速调管的带宽。然而，由于需要克服的关键技术问题很多，国外同类速调管的带宽最高水平还不到10％。
记者：您领导的科研团队在几年的时间内，使速调管的带宽相继突破了11％和12％，请问这里面有哪些成功的奥秘？
王勇：许多事情的成功大概都有天时、地利和人和。如果说我们的成功有什么奥秘的话，那就是这三者我们都具备。“天时”就是用户单位和上级领导给了我们这样一个赶超世界先进水平的机会；“地利”是我们的重点实验室具有很好的科研条件和雄厚的速调管研究基础；“人和”也许有两点：其一，本人很适合从事速调管方面的研究。速调管是一门综合性的交叉学科，涉及微波电子学、真空电子学、阴极电子学、微波技术、热力学、电真空工艺和材料、机械设计和加工以及计算机模拟等相关理论和技术。这就要求速调管的研究者必须要是复合型人才。本人在大学学的是机械，读研究生时学的是微波，研究生毕业后又做过几年的计算机软件方面的工作，所以从事速调管方面的研究，比较得心应手。其二，我们有一支结构合理、富有创新意识的科研团队。创新是一切文明、进步的源泉，亦是科技进步的灵魂。其实，创新并不一定都是原创，科技集成也是创新。因为，现有的科技成果和技术体系已相当丰富，当前面临的许多科技问题在很大程度上可以集成现有的技术加以解决。我们就是采用科技集成的方法，在速调管的设计中“嫁接”了一些其它微波管的先进技术，最终实现了速调管带宽的突破。
记者：最后请您谈一谈速调管的发展趋势以及您自己未来工作的打算。
王勇：速调管正在朝着高功率、高频率、宽频带和长寿命的方向发展。我作为中科院这个中国科技国家队的一员，肩负着引领中国速调管发展的重要使命。目前，我正在负责一项国家863课题和一项中科院知识创新课题。这两项课题都是具有世界先进水平的领域前沿课题。我要继续努力地工作和学习，时刻保持创新意识，继续向世界最高水平冲刺，为我国科技事业的发展，做出自己应有的贡献。