[发明专利]一种用于X波段空间行波管的慢波结构

说明书

技术领域

本发明属于微波电真空器件领域，具体地说是一种用于X波段空间行波管 的慢波结构。

背景技术

空间行波管是目前航天装备的通讯、导航及数传等有效载荷系统以及星载 转发器和合成孔径雷达(SAR)发射机的关键部件，要求具有较高的效率。在行波 管内，高频信号沿慢波线轴向传输，在行进过程中因获得电子注的动能而得到 放大。因此，高频信号与电子注的互作用效率是影响行波管总效率的一个关键 因素。

高效率慢波系统的设计是研制空间行波管的重要环节。由于电子注与高频 信号只有在同步条件下才能进行有效互作用，因而电子注能够向高频场交出的 能量只是其速度比同步速度高出的部分所对应的动能，使得其电子效率比较低， 通常只有20％左右。而且，行波管容易产生自激振荡，需要设计合适的衰减器 来抑制。同时，考虑螺旋线散热和耦合阻抗的问题，需要设计合适的夹持杆。

从原理上讲，在电子注与微波场相互作用过程中，随着电子注交出能量， 其速度也随之降低，当降低到与微波场相速接近时，换能过程就逐步停止，管 子输出达到饱和。为使电子注继续向高频场交出能量，提高互作用效率，我们 采用螺距跳变技术，降低高频信号的相速，使高频信号与电子注达到速度再同 步。

发明内容

本发明提供一种用于X波段空间行波管的慢波结构，该慢波结构由管壳、 螺旋线、夹持杆和衰减器组成，其特征在于该慢波结构的输出段螺旋线具有螺 距不同的多个段。

根据本发明的用于X波段空间行波管的慢波结构，其中管壳采用内径 R＝1.9mm的蒙乃尔材料，螺旋线采用高纯真空熔炼钼，尺寸为0.13mm×0.26mm， 夹持杆采用楔形结构，材料选用具有良好导热性的BeO99，衰减器采用具有一 个切断的碳膜。

根据本发明的用于X波段空间行波管的慢波结构，其中衰减器分为长度分 别为15mm和21.5mm的两段，中间留有长度为2.3mm的漂移区。

根据本发明的用于X波段空间行波管的慢波结构，其中慢波结构的输入段 螺旋线长度为44mm，螺距为0.54mm。输出段螺旋线依次包括长度为43mm， 螺距为0.57mm的开始段；长度为2.12mm，螺距为0.53mm的过渡段；以及长 度为10.58mm，螺距为0.49mm的结束段。

本发明的设计方法按以下步骤进行：

首先，根据电压电流指标，确定γa＝1.1，选择管壳的内径、螺旋线尺寸和 夹持杆的初步尺寸，并计算输入段螺距。

其次，根据电压电流指标，确定磁场强度，利用软件计算输入段的互作用， 得到输入段的长度和螺距，使输入段得到较高的增益。

再次，根据输入段的参数，结合小信号增益曲线，利用软件计算输出段的 参数，使输出段达到饱和状态，得到输出段的螺距和长度。

最后，在计算好的输入输出段设置衰减器，利用软件计算，得到输入输出 段螺距曲线，衰减器的长度曲线，使输出功率满足高效率的要求。

本发明的有益效果是，计算的互作用效率高达35.78％，从而使管子的总效 率提高，结合降压收集极，行波管总效率可达到50％。

附图说明

图1为本发明慢波装配截面图；

图2为本发明集中衰减器示意图；

图3为本发明螺旋线螺距分布图；

图4为慢波结构剖视图。

具体实施方式

1)根据管子的技术指标要求，选取阴极电流I_k＝60mA，慢波电压V₀＝3900V， 计算电子注的速度、高频输入信号的功率、相速、导波波长、减速比、轴向相 位常数和径向相位常数等物理参数；

2)计算螺旋线的平均半径和通道半径，选取0.13mm×0.26mm的高纯真空 熔炼钼螺旋线、内径R＝1.9mm的蒙乃尔管壳、具有良好导热性的楔形BeO99 夹持杆，慢波装配结构截面图如图1所示；