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.

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