螺旋线行波管慢波组件散热性能的研究进展

螺旋线行波管具有宽频带、高增益和高功率等优点,当今被大量应用于卫星通信系统、电子对抗系统和雷达系统。慢波组件是螺旋线行波管的关键组成部分,它的性能优劣直接决定着整管水平。慢波组件的散热性能不仅是决定行波管平均输出功率的主要因素,也是直接影响行波管工作稳定性与可靠性的重要因素。本文针对螺旋线行波管慢波组件,总结了螺旋线慢波组件散热性能的实验测试方法和理论分析方法,分析了影响散热性能的各种因素和各种改善方法。分析比较了不同材料的螺旋线、管壳和夹持杆,不同结构的夹持杆和管壳,不同组件装配方法对慢波组件散热性能的影响。介绍了将金刚石和纳米材料等新型材料应用于螺旋线慢波组件的研究进展。     

螺旋线行波管的时域粒子模拟研究

基于粒子模拟技术研究了螺旋线行波管的时域非线性理论,慢波结构中的场通过螺旋带模型求解得到,并考虑了夹持杆和屏蔽桶的影响,推导得到了注-波互作用的动理学方程;聚焦磁场可以是直流磁场也可以是周期永磁场;用泊松方程求解得到空间电荷场;注-波互作用方程用MacCormack的差分格式进行计算。给出了时域计算得到的瞬态特性,并与基于一维Christine及三维Christine理论的计算结果进行了比较。     

螺旋线行波管的粒子模拟研究

运用全电磁2.5维粒子模拟程序MAGIC,对螺旋线行波管中注-波互作用的非线性过程进行了模拟分析,得到了管子的功率、增益和效率等电性能参量,模拟结果与实测数据吻合良好。对整管长度、电子注电流、电压和聚焦磁场等量进行了优化,获得了管子最佳化运行的工作参数。     

动态渐变技术螺旋线行波管三维非线性互作用的计算

采用考虑面电流分布的螺旋带模型计算行波管的冷测参数,基于三维场论模型,通过粒子模拟方法求解空间电荷场的数值解,开发出专业的行波管高频结构互作用代码,计算了一种动态渐变技术(DVT)的C波段超高电子效率行波管,电子效率达到42%,分析其调幅调幅(AM/AM)和调幅调相(AM/PM)的非线性特征,结果与文献报导结果具有很高的一致性,并给出了电子能谱结构和降压收集极分析图,为多级降压收集极的设计提供精确的三维电子轨迹和分析依据.     

螺旋线行波管非线性失真分析

非线性失真是空间行波管最重要的性能指标之一.本文研究了双渐变螺旋线慢波结构各个参量,如长度以及螺距对行波管非线性失真的影响,确定了对不同非线性失真影响最大的结构参量,分析了非线性失真产生的根源.根据仿真结果,进一步地对行波管的慢波结构进行了初步优化.结果表明:优化后谐波失真改善0.45dB,AM/PM系数减小ldeg/dB,三阶交调失真降低1.9dB.     

螺旋线行波管慢波组件散热性能的研究

提出了慢波组件散热性能的评价方法——电阻温度系数法，利用此方法对冷弹压法、缠钼带热挤压法、石墨热挤压法及新型的无变形热挤压法制备的慢波组件散热性能进行了实验研究，结果表明无变形热挤压方法比冷弹压法和传统的缠钼带热挤压法制备的慢波组件散热性能好。传统的石墨热挤压法可与无变形热挤压法制备的组件的散热能力相比拟，但石墨热挤压法会引起慢波组件的两次变形，使慢波组件的微波反射点增多增强，从而影响慢波组件的电性能。对国产BeO和进口BN夹持杆组成的慢波组件的散热性能进行了比较研究。同时对镀铜和镀金螺旋线与无镀层螺旋线组成的慢波组件也进行了对比研究。这些结果为制备散热性能好的慢波组件提供了有益的实验结果。     

大功率双频段毫米波螺旋线行波管抑制返波振荡的研究

基于高效率双频段毫米波螺旋线慢波结构的设计,探讨了影响返波振荡起振长度的因素。在相速度跳变/渐变结构的输入段引入了相速渐变段,增大了返波振荡的起振电流,设计出了一种新型可抑制返波振荡的螺距分布结构。采用此结构,优化之后使得双频段Ka(33~36 GHz)波段和Q(43.5~46.5GHz)波段的返波增益在返波方向均小于15 d B,从而抑制了返波振荡。     

负-正相速跳变慢波结构行波管的小信号理论辅助分析

应用Pierce小信号理论,对设计高效率宽带行波管的一般方法进行分析,采用螺距跳变渐变技术,形成了相速减少和相速增加两段结合的输出段作为宽带行波管的慢波结构,并采用散热性能好的半金属化夹持杆慢波结构产生反常色散曲线。为了提高行波管工作频带的电子效率,在高频点(18 GHz),利用遗传算法并调用1维BWIS互作用程序,对相速减少和相速增加两段相结合输出段的慢波结构进行了优化。计算结果表明:行波管在工作频带(6~18 GHz)获得了比较平坦的饱和输出功率,为下一步实际研制宽带行波管提供了理论依据。     

改进2.5维多频大信号互作用程序模拟螺旋线行波管非线性交调互调特性

改进稳态行波管场论大信号互作用模型,将工作频率考虑为最小公因子基波的整数倍,采用频域等效粒子模拟算法,求解离散化亥姆霍兹方程获得空间电荷场数值解,建立半解析半粒子的2.5维行波管多频互作用模型,模拟多频工作时行波管中信号间的交调和互调的非线性特性,计算结果与L波段螺旋线行波管的互调、三阶和五阶交调试验比较具有较好的一致性。     

同轴交错双栅行波管三维频域非线性注波互作用计算和比较

建立了同轴交错双栅行波管三维频域非线性注波互作用模型和公式。通过利用仿真软件求解渐变衰减材料对波的衰减特性, 并与本文模型和公式结合编入非线性计算程序, 使程序中对渐变/跳变衰减对注波互作用影响有更准确的求解。在小结构横截面保证商业软件计算容量允许条件下, 比较了本文程序与仿真软件计算的注波互作用结果, 并在相对大尺寸下设计了Ka波段同轴交错双栅行波管, 以证实模型的合理性和在高频率产生高功率的可能性。     

一种新型螺旋带慢波结构行波管的研究

随着电子设备对螺旋带行波管功率的需求，设计大功率螺旋带行波管越来越重要。本文介绍了一种新型螺旋带慢波结构——变内径螺旋带慢波结构，给出了软件模拟实例，并对于这种结构行波管的稳定性作了分析，证明了变内径慢波结构用来设计千瓦级大功率行波管的可行性。     

多注行波管PPM聚焦磁场设计方法研究

对多注行波管周期永磁(PPM)聚焦结构中横向磁场的分布规律进行了研究,模拟分析了多注PPM聚焦系统中横向场的旋转对称特性,并对该系统中的电子流通率进行了分析.结果表明,单注PPM结构设计中普遍采用的横向磁场设计原则不适用于多注PPM聚焦结构,因为后者磁场的非旋转对称现象将随着电子通道内径向位置的增大而增强.本文针对多注PPM聚焦系统中横向磁场分布特点,提出了一种多注PPM聚焦磁场设计的一般性方法,首次将对磁场旋转对称性的判断纳入多注PPM磁场设计中.测试结果证明该方法对多注PPM聚焦磁场的设计提供了较好的指导作用.     

行波管阴极组件动态热耗散分析及优化设计

阴极作为行波管的“心脏”，其内部结构的热耗散是影响行波管预热时问的关键问题，热传导和热辐射是引起阴极组件内部热耗散的最重要因素。建立了阴极组件热状态有限元分析方程，利用有限元ANSYS软件对阴极组件动态热耗散进行模拟分析。提取热流矢量图及温度分布图，并获得阴极达到稳态的预热时间。对实际样品进行实验验证，证明了有限元模拟方法是可行的。基于瞬态热模拟分析结果，优化设计了阴极组件中关键部件的结构及材料，有效地缩短了阴极预热时间，提高了行波管快速反应能力。     

Ka波段空间行波管双阳极电子枪设计与优化

利用EGUN软件设计了一把导流系数为0.07μP的Ka波段空间行波管双阳极电子枪。该枪为皮尔斯型电子枪,双阳极分别为控制阳极(2.58 kV)和离子拒止阳极(9 kV)。该设计应用综合迭代法的计算结果进行初步设计,通过调整设计第一阳极,建立考虑导流系数、注腰半径和层流性的电子注性能优化目标函数,应用量子粒子群算法结合MATLAB与EGUN软件对电子枪阳极头位置进行了优化,优化结果满足了空间行波管对电子注的注腰半径和层流性的设计要求。     

一种提高行波管效率的耦合结构小型化设计

作为微波功率模块的核心部件,行波管被广泛应用于通信、雷达以及电子对抗等众多军事装备系统中。为解决行波管小型化、高效率的技术难点,针对某X波段螺旋线行波管的输能耦合结构开展小型化研究。采用在螺旋线末端加载调配筒实现输能系统长度压缩的方法,不但可以使行波管的输入窗阻抗变换尺寸缩短33.0%;输出窗阻抗变换尺寸缩短21.4%,而且行波管整管效率得到提升。     

行波管栅控电子枪栅网的结构可靠性

栅控电子枪栅网的结构设计以及栅网对束流的调整作用决定其结构设计必须具有良好的抗振可靠性,同时应保证尽可能少地截获电子枪发射的电子束,以防止发生打火和栅极发射.本文使用有限元模拟技术对栅控电子枪栅网进行模态分析,模拟分析了不同栅网尺寸的模态频率和模态振型,并对影响模态频率的因素进行探讨,为栅网的结构进行优化设计.