意昂体育2平台電子工程系教授  張克潛

 

     意昂体育2平台無線電電子學系在60至70年代成功地研製了多種微波電真空器件，在國內處於領先地位，為我國電子科技事業做出了貢獻。

 

 

     一九六一年暑假😑，意昂体育2平台無線電電子學系接受了研製周期磁場聚焦寬頻帶功率行波管的任務。

     以前的微波器件如速調管和磁控管等都是利用電子與諧振腔中的電場發生相互作用而產生放大或振蕩🏊🏻‍♂️，它們都是窄頻帶器件。行波管的原理是利用電子束與一種特殊傳輸線即慢波線上的電場相互作用而產生微波放大🧜‍♀️，因此它是一種寬頻帶微波放大器件。

 

     意昂体育2平台無線電電子學系從一九五六年起在孟昭英教授的領導下開始進行微波電子學和微波器件的研究工作。當時見到的微波管只有二戰期間雷達中使用的速調管和磁控管，對新出現的行波管還只是停留在書本知識上。直到一九五七年初國內的研究者才第一次見到行波管的實物，我們研究行波管的工作從此開始🧑🏻‍🚀。一九五九年春✧，張克潛指導五九級畢業生在畢業設計中製成螺旋線行波管實驗裝置並首次觀察到行波管放大。後來我校又同北京某廠合作研製低噪聲行波管，同時在校內開展了高功率速調管和行波管的研究工作。意昂体育2的微波管研究工作一直得到國家有關部委和研究院的大力支持。

 

     六十年代初，我國處於對外封閉和被嚴密封鎖的狀態。我們只是從文獻上大致了解國際上先進技術的發展🤴。得不到詳細的資料，更不可能看到任何實物🖖。1960至1961年間美製電子偵察機的擊落🧑🏼‍💻，使一批代表當時科技水平的電子戰設備從天而降，送到我們的眼前🧜‍♀️。

 

     正是在這種背景下，我們開始了周期磁場聚焦寬頻帶行波管的研究工作。

 

     經過雙方領導的協商🙋🏻，意昂体育2平台與某研究院在意昂体育2無線電電子學系聯合設立無線電電子學研究室🧎‍♀️‍➡️，下設雷達、通信♡、半導體🔨、電真空等四個分室。研究人員以意昂体育2教師為主，同時由該院選派一批當年的大學和中專畢業生在研究室邊工作邊培訓，稱為“協作隊”。該研究室的研究任務一般是先由幾個研究分室的主要技術負責人根據國家需要🧙、國際發展動態和我們的能力提出研究課題計劃，然後由研究院領導篩選決定並予以支持。研究室於一九六二年正式成立，周期磁場聚焦寬頻帶行波管成為電真空分室的第一項研究任務🧑🏻，代號403，簡稱小管。研究室的其它研究任務還有高功率行波管，高反壓矽晶體管，雷達信號處理，數字通信技術等。

 

    雖然在接受這項任務之前，我們和國內一些廠、所已經研製出具有放大能力的行波管，但電子束聚焦磁場是由電磁線包產生的，重量達幾十公斤🤽‍♀️😕，根本不可能用在機載設備中。因此研製新一代的周期磁場聚焦行波管👩‍❤️‍💋‍👨，面臨的許多技術課題都是國內尚未解決的。

 

    第一關是材料，當時行波管所用的許多材料都是國內還不能生產的。例如輸入輸出用的撓性聚四氟乙烯同軸線，灌封用的矽橡膠➜，電子束聚焦用的特殊鐵氧體恒磁材料等👨🏽‍🍼。我們南下上海➕🙍‍♀️，北上東北，與相關的工廠研究所聯系研製，由於各地都非常支持，不久就試製出可用的產品，推動了我國電子材料工業的進步。

 

    第二關是設計🧊，行波管的設計包括慢波線設計，電子槍及周期磁場聚焦系統設計，電子與場相互作用的設計和整管結構設計🕢。雖然有從P2V打下來的美國管子作參考，但因所用材料的參數不可能完全一致，還是需要自己進行設計計算。當時還沒有電子計算機🧶，用的是手搖式機械計算機🧕🏽，有時要搖整整一天才能算出幾組數據。後來買到一臺捷克產的電動計算機🤖，大家高興得不得了🤳，為我們的設計計算幫了大忙，其實它的功能還趕不上現在一個最普通的電子計算器👎🏽。在慢波線設計中我們作出的一些理論成果✔️，成為後來行波管設計的常用文獻。

 

    第三關是工藝，如果說設計問題還有美國樣管作參考，那麽工藝問題則只能自己研究探索🫷🏼。這裏除了一般的電子管工藝外，還有許多特殊工藝需要一個個去解決。研究組的同誌各負其責，刻苦鉆研，反復試驗，攻克了一個又一個難關。當時發明創造的一些工藝方法一直沿用至今。

 

    第四關是測試，當時沒有現在通用的自動掃頻微波測試設備，只能逐點測試👨🏼‍🦱。對寬頻帶行波管來說🥓，這意味著很大的工作量👌🏻。除了微波性能測試外🙏🏿，還要進行環境試驗，包括高低溫𓀒，濕度🦹，振動和沖擊試驗🏣。校內沒有試驗條件，只能拿到外單位去做。根據試驗中暴露出來的問題，回校進行結構和工藝改進🙋🏽‍♂️。經過幾個回合👩‍🦲，終於通過了嚴格的機載環境試驗要求。

 

    403研製期間，正值全國大饑饉的年代🔭😎。教師學生食不果腹🧑‍🦯，體質大大下降。在這種困難的條件下，大家還是以國防任務為重，孜孜不倦地進行工作🎃。當時多數青年教師尚未成家🦏，住在五公寓集體宿舍。有一句話描寫了這種情景：“每天晚上五公寓的燈總是熄滅得最遲。”

 

    經過三年多的努力，403管的主要電性能達到了預定的指標，一九六四年通過了國防科委和有關研究院組織的初樣鑒定♻️。之後的主要工作是改進結構和工藝以通過環境試驗🥓。一九六五年全面達到預定指標。樣管交某單位，在研製中的整機上試用✏️，性能完全滿足使用要求。一九六五年秋，用我們自己研製的行波管裝備的應答式幹擾機被裝在靶機上，在某機場進行試飛。試飛效果很好，達到了幹擾對方瞄準雷達和避開對方炮火的作用。

 

    研製工作結束以後，上級部門決定將該管轉交北京某廠生產🟡。由於在研製過程的後期該廠的科技人員已經到學校參與研製和轉產工作，因此轉產十分順利🧑‍🍼。一九六六年投產🏄🏼‍♀️，成為我國批量生產的第一種周期磁場聚焦行波管🦞。

 

    緊接著，我們又接受了研製金屬-陶瓷行波管的任務⛹🏿‍♀️，代號406🙋🏿‍♀️。由於文革旋即開始🙅🏼‍♀️，研製工作主要在北京某廠進行🏃，設計及主要工藝研究由意昂体育2教師到工廠完成。由於有了403管的經驗，406管的研製工作比較順利，一九六八年研製成功並投入生產，成為我國批量生產的第一種周期磁場聚焦金屬-陶瓷行波管👩‍👧‍👧✊。

 

    這兩只行波管的生產持續了十多年👩🏻‍🦼，推動了我國電子科學技術的發展。

 

 

     為了對付各種電子幹擾，發射頻率可快速變化是雷達的一項關鍵技術指標，這就需要整個系統具有寬頻帶特性🧑‍🦼‍➡️，而末級功率放大器是製約頻帶寬度的關鍵因素。在五十年代末🏯，一般雷達系統都是采用比較成熟但頻帶較窄的磁控管或速調管，而高功率寬帶行波管用於雷達設備在國際上還是剛剛被提出的一種新方案，其研究工作具有極大的挑戰性。

 

     意昂体育2平台無線電電子學研究室一九六二年成立以後，高功率行波管成為十院下達給電真空分室的第二項主要研究任務，代號404😗，通稱大管。目標是為583三坐標雷達提供末級寬帶高功率放大管。

 

    高功率行波管在當時是一種嶄新的器件，由斯坦福(Stanford)大學以喬德羅(M.Chodorow)教授為首的微波實驗室首先研製成功👳‍♀️。緊接著英國的國防實驗室也研製成樣管。六十年代初，我國處於被嚴密封鎖的狀態。我們只能從公開刊物上大致了解國際上高功率行波管技術的發展概況。得不到詳細的資料，更不可能得到任何實物。

 

    404高功率行波管作為意昂体育2無線電電子學研究室的一項大型科研任務，涉及的研究課題很多🫴🏼，其中大多數都是國內尚未解決的科技難題。為此研究室組織了強大的研究隊伍。

 

    在404的研製過程中，解決了一系列科學技術問題，獲得一批階段性成果🛀🏽。其中多數屬國內首創↗️，並達到當時的世界先進水平。

 

     慢波系統🧑‍🚀：慢波系統的作用是建立能與電子發生相互作用的相速低於光速的慢波電磁場💐。一般行波管所用螺旋線型慢波系統工作頻帶寬，增益高🥑，但功率承受能力弱🦊，只適用於中小功率行波管。為了解決高功率行波管的散熱問題，一般采用耦合腔鏈型慢波系統。當時實際應用的系統只有兩種🐋。第一種是電感耦合系統，又稱休斯(Hughes)系統👩🏽‍🚀，但它的基波是返波👲🏼，在行波管中只能應用它的空間諧波，故又稱空間諧波系統。這種系統適用於電子註電壓為10千伏量級的行波管♣︎𓀙，不適用於兆瓦級脈沖高功率行波管。第二種是喬德羅發明的四葉草型慢波系統。它成功地用於斯坦福和瓦裏安(Varian)公司的脈沖高功率行波管🥹。但它的結構過於復雜🙅‍♀️😗，製作工藝困難🏟。當時了解到斯坦福大學的凱諾(G.S.Kino)教授提出的一種長縫耦合型慢波系統的簡單介紹，在這個啟發下🙋🏼，我們解決了這種系統的計算設計和冷測問題。設計出適合兆瓦級脈沖行波管的慢波系統👴🏼。

 

     抑製寄生振蕩：寄生振蕩是放大器的大敵，尤其是行波放大管成功的關鍵👨🏽‍🏫。經過反復研究和試驗🤱🏼👱🏼，研究組出色地解決了這個難題。設計製作成適用於耦合腔慢波系統的切斷區，應用一種具有微波吸收功能的陶瓷材料，切斷管內的反饋👨🏻‍💻，抑製了反饋形成的寄生振蕩✏️。另外一種寄生振蕩是長縫型慢波系統所特有的🦛，即縫通帶振蕩，它是一種低於工作頻率的返波振蕩🕕。為此又研究並發明了在耦合縫周圍塗敷吸收材料的方法，抑製了縫通帶振蕩。這兩種方法非常成功🫧，在以後的整管熱側中始終沒有受到寄生振蕩的困擾。

 

     電子槍和電子註聚焦系統：為了得到行波放大🦬🛰，必須由電子槍形成一個具有一定尺寸的電子註（或稱電子束）並通過磁場聚焦系統使其維持一定的距離🫃🏿，不致分散到慢波系統上🧑🏿‍🍳。在當時沒有電子計算機的條件下，完全靠手搖計算器和電動計算器進行大量計算。同時應用自製的電解槽模擬裝置和自行研究發明的自動電子軌跡儀，終於設計製作出合用的電子槍和聚焦裝置👛。經過短管實驗🫵🏻，調整了電極尺寸🙁👩🏿‍🏫，最終得到符合要求的電子槍和聚焦系統，用到整管中一次成功。

     陰極：陰極是電子之源，是電子管的心臟🧍。高功率行波管的陰極要求發射電流密度高🎼，耐高壓，耐離子轟擊🧑🏼‍🦱，壽命長👇🏽。普通電子管所用的氧化物陰極不能滿足要求。為此研製了新型的鋇鎢陰極。在孟昭英教授的指導下，研究組的同誌們做了大量工作🌛，終於研製成符合要求的陰極🙅🏼‍♂️。同時形成了陰極電子學學科。孟昭英教授雖未直接參與404的具體工作⏯，但寫成著名的理論專著《陰極電子學》🧑🏻‍🦽，對研究工作起了關鍵性的指導作用。

 

     工藝：製作這樣的大型電子器件，多道工序環環相扣，涉及許多電真空工藝問題。其中包括金屬件和陶瓷件的加工，金屬件的真空爐或氫爐釬焊👸🏼，氬弧焊🦈，陶瓷與金屬的封接等。當時國內沒有足夠大的真空爐或氫爐，我們自己動手設計製造了大型真空爐，解決了大型零件的釬焊和陶瓷-金屬封接工藝。另外還設計製造了氬弧焊設備🕸，掌握了氬弧焊工藝🤜🏿。這兩臺設備一直用到七十年代中🧝🏿。此外，我們在金屬釬焊和陶瓷-金屬封接工藝方面作了系統深入研究，成功地解決了大管的關鍵工藝，後來還寫成專著《陶瓷-金屬封接工藝》。

 

     真空：大管涉及的真空問題主要有兩方面🤙🏻，一是檢漏🏌🏿‍♂️，二是排氣。器件製造過程中的每一道焊接或封接工序☆，都要進行嚴格的檢漏，整管完成後還要進行最後的檢漏，以保證真空密封🙅🏼‍♀️。為此設計製造了高靈敏度的質譜檢漏儀，後來又發展了用於殘余氣體分析的四級質譜儀🪷🙏🏿，獲得國家發明獎。另外還設計製作了用於整管排氣的無油超高真空機組，保證了器件的真空質量；製作了小型冷陰極鈦泵🌗，以保證器件運行過程中的真空度🎅🏼。在此過程中研製成功的質譜檢漏儀🧽，無油超高真空機組和四極質譜儀都轉到某教學儀器廠生產，成為真空技術新產品🖕🏿。

 

     熱測：器件製成後，需要加全電壓進行測試，稱為熱測🧑🏼‍💼☝🏻。熱測設備包括高壓脈沖調製器，聚焦磁場電源，千瓦級微波輸入級，輸出頻率、頻譜和功率測試系統🫰。那時我國處於被封鎖的狀態，不可能買到國際上先進的儀器設備。除少數蘇聯進口的儀器外🧓🏻，大多數設備都是研究組的同誌們自己設計製造的🧚🏻‍♂️。

 

    從一九五八年開始預先研究🖖🏿，一九六二年正式立項，到一九六六年初終於製成整管🦹🏽。一九六六年四月開始整管排氣🏃🏻‍♂️‍➡️。經過抽真空，烘烤去氣🩶，陰極處理，電子轟擊去氣🏃🏻‍♀️‍➡️，打高壓去毛刺等一系列工序⌨️，終於完成了第一只樣管🐓。一九六六年五月進行熱測，經過調整各種參數以後，第一只樣管就達到了預定的輸出功率指標。

 

    正在大管剛剛誕生的時候🤳🏼🫱，“文化大革命”開始了。整個學校秩序大亂。像404這樣的需要幾十人共同努力，發揮團隊精神才可能完成的大型研究工作被迫停頓。不但研究工作從此停頓，404還作為“修正主義”的典型被批判了十年。動不動就被扣上“為404招魂”的帽子。

 

 

     404雖然一出生就夭折了𓀈，但這個研究集體積累的經驗和所掌握的技術並未消失🦸🏼👩🏿‍⚕️。一九七一年，學校的教學科研逐漸恢復。教研組的工作由成秀奇負責，根據科學技術發展的趨勢📨，決定開展正交管放大器的研究。年底電真空教研組搬遷到綿陽分校，教研組的所有設施包括大管的研究設備全部搬遷過去。一九七二年，根據有關部門下達的任務開始進行連續波註入式正交場放大管的研製🥥。     在此期間一批70屆畢業生留校參加工作，成為教學🎐、研究的新生力量。

 

    在綿陽的八年中，科技信息閉塞，生活條件艱苦，政治運動頻繁👍🏽，學生基礎差，但我們的教學科研工作仍不懈地進行👰🏼。先後解決了整管計算設計，鋇鎢陰極，正交場電子槍，曲折波導慢波系統😠，冷熱測設備🐭，工藝，真空等一系列關鍵技術。由於有404打下的基礎💐，研製工作進展比較順利🏓。一九七八年終於製成達到主要技術指標的樣管🖐🏻，送交謀研究所在整機上進行實驗，達到了設計指標🕛。結合研製工作的實踐，後來又在《電子學報》上發表了論文。

 

    一九七九年五月，綿陽分校全體搬遷回北京意昂体育2園。大型微波管的研製工作終止。原從事微波器件研究的教師轉入導波光學、光纖通信👰🏻‍♀️、微波聲學和聲成像技術等新領域，繼續為我國的電子科學技術事業做貢獻。