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        C波段10%大工作比柵控耦合腔行波管

        2012-12-28 09:19:10王愛美王百全
        電子器件 2012年3期
        關(guān)鍵詞:電子槍行波管色散

        王愛美,王百全,余 堯

        (南京三樂電子信息產(chǎn)業(yè)集團有限公司,南京211800)

        雷達系統(tǒng)在現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭中占有十分重要的地位,警戒指揮、測量跟蹤、精密制導和航空管制等都需要先進的雷達系統(tǒng)。新型雷達的發(fā)展需求推動著大功率、大工作比、寬帶微波管的發(fā)展。其發(fā)展的趨勢是采用大工作比降低峰值輸出功率和工作電壓,減少高電壓下打火機率,提高微波管工作穩(wěn)定可靠性[1-4]。寬的工作頻帶有利于頻率捷變,抗敵方干擾[5]。微波管性能的提高就是對電子設(shè)備的戰(zhàn)術(shù)性能的提升[6]。本項目是應(yīng)新型雷達發(fā)展需要而研制的C波段柵控耦合腔脈沖行波管(如圖1)。

        圖1 行波管外形圖

        1 關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)

        1.1 電子槍

        采用無截獲柵控電子槍。采用整體式的無氧銅控制柵有效地抑制柵極發(fā)射。

        電子槍光學尺寸CAD仿真初步結(jié)果如圖2、圖3所示。

        圖2 電子軌跡

        圖3 性能參數(shù)計算模擬情況

        從初步CAD仿真結(jié)果圖可以看出,電子注的脈動和磁場的擾動較大,不利于行波管通過率的提高。

        根據(jù)初步CAD仿真結(jié)果,進一步優(yōu)化調(diào)整柵網(wǎng)尺寸和過渡區(qū)距離[7]。調(diào)整后的電子槍光學尺寸仿真結(jié)果如圖4、圖5所示。

        圖4 電子軌跡

        圖5 性能參數(shù)計算模擬情況

        根據(jù)優(yōu)化的CAD計算結(jié)果,進行了裝電子槍試驗,試驗結(jié)果滿足設(shè)計要求。表1為優(yōu)化調(diào)整后電子注的主要參數(shù)。

        表1 優(yōu)化調(diào)整后電子注的主要參數(shù)

        1.2 互作用慢波電路

        行波管能夠在大工作比條件下滿足高功率、高效率工作的要求并且能長期可靠地工作是慢波電路設(shè)計的一大難點。設(shè)計的慢波電路不但要滿足高功率和大工作比條件下熱耗散的要求,而且要提高慢波電路與電子注互作用的效率。

        采用耦合腔慢波電路。使用吸收小腔來抑制邊帶振蕩,采用相速跳變提高電子效率,采用液冷冷卻。整個慢波電路兩次切斷,整管增益達45 dB以上。

        慢波電路的色散特性CAD計算模型如圖6所示。通過冷測調(diào)整,使理論計算和實測基本吻合。慢波電路的初步色散特性如圖7所示。

        圖6 CST軟件計算模型

        圖7 初步色散特性

        研制出的1#樣管在滿工作比條件下的高頻特性雖然滿足了初樣的要求,但明顯存在幾個問題:①頻帶偏向低端;②流通率偏低;③增益比較低,只有35 dB。因此需對色散特性進行調(diào)整,優(yōu)化調(diào)整后的色散特性如圖8所示。

        圖8 優(yōu)化色散特性

        新的設(shè)計方案調(diào)整了色散特性曲線。改變了電周期、腔片的槽角和腔環(huán)的內(nèi)徑。提高了色散曲線的平坦度,拓寬行波管的有效工作頻帶。另外,提高部分小瓷的吸收峰頻率,拓寬小瓷的吸收帶寬,以便更好地滿足制管要求。

        按新的設(shè)計方案研制出的2#管的性能完全滿足技術(shù)指標要求。2#管在14%的相對帶寬內(nèi)等激勵時的脈沖輸出功率均大于12 kW,增益波動0.8 dB。整管電子注動態(tài)流通率大于96%,增益大于49 dB。

        2 大信號模擬計算和實測比較

        行波管大信號模擬計算的功率、增益特性和實測的功率、增益特性曲線分別如圖9~圖12所示。

        圖9 CAD大信號計算的功率曲線

        圖10 CAD大信號計算的增益曲線

        圖11 實測的功率曲線

        圖12 實測的增益曲線

        通過比較可以看出,CAD大信號計算的功率、增益曲線和實測的功率、增益曲線基本吻合[8]。

        3 結(jié)論

        行波管已完成鑒定試驗,交付用戶使用可靠。它具有頻帶寬、大工作比、增益波動小等特點。本管的成功研制,為雷達系統(tǒng)性能的進一步提高提供了必要的技術(shù)儲備,也為C波段大工作比、寬頻帶、中峰值輸出功率、低電壓柵控脈沖行波管的研制奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

        [1]廖復疆,孫振鵬,閆鐵昌,等.微波真空電子器件的應(yīng)用.雷達系統(tǒng)的工作原理及核心器件[M].真空電子技術(shù).北京:國防工業(yè)出版社,2008.7(1):1-20(10):368-370.

        [2]真空電子技術(shù)[J].北京真空電子技術(shù)研究所主辦,2010,6:10-15.

        [3]首屆微波真空電子器件高峰論壇論文集[C]//南京,2010.8:30-40.

        [4]真空電子技術(shù)[J].北京真空電子技術(shù)研究所主辦,2011,2:20-30.

        [5]王文祥.微波工程技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2009.4(4)239-242.

        [6]姜興渭,宋政吉,王曉晨.可靠性工程技術(shù)[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社,2005:10:6-10.

        [7]A.S.吉爾默.行波管原理[M].中國電子科技集團公司第十二研究所:84-91.

        [8]郭開周.行波管研制技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008:126-132.

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