C波段10%大工作比栅控耦合腔行波管

王爱美，王百全，余 尧

(南京三乐电子信息产业集团有限公司，南京211800)

雷达系统在现代高技术战争中占有十分重要的地位，警戒指挥、测量跟踪、精密制导和航空管制等都需要先进的雷达系统。新型雷达的发展需求推动着大功率、大工作比、宽带微波管的发展。其发展的趋势是采用大工作比降低峰值输出功率和工作电压，减少高电压下打火机率，提高微波管工作稳定可靠性［1-4］。宽的工作频带有利于频率捷变，抗敌方干扰［5］。微波管性能的提高就是对电子设备的战术性能的提升［6］。本项目是应新型雷达发展需要而研制的C波段栅控耦合腔脉冲行波管(如图1)。

图1 行波管外形图

1 关键设计技术

1.1 电子枪

采用无截获栅控电子枪。采用整体式的无氧铜控制栅有效地抑制栅极发射。

电子枪光学尺寸CAD仿真初步结果如图2、图3所示。

图2 电子轨迹

图3 性能参数计算模拟情况

从初步CAD仿真结果图可以看出，电子注的脉动和磁场的扰动较大，不利于行波管通过率的提高。

根据初步CAD仿真结果，进一步优化调整栅网尺寸和过渡区距离［7］。调整后的电子枪光学尺寸仿真结果如图4、图5所示。

图4 电子轨迹

图5 性能参数计算模拟情况

根据优化的CAD计算结果，进行了装电子枪试验，试验结果满足设计要求。表1为优化调整后电子注的主要参数。

表1 优化调整后电子注的主要参数

1.2 互作用慢波电路

行波管能够在大工作比条件下满足高功率、高效率工作的要求并且能长期可靠地工作是慢波电路设计的一大难点。设计的慢波电路不但要满足高功率和大工作比条件下热耗散的要求，而且要提高慢波电路与电子注互作用的效率。

采用耦合腔慢波电路。使用吸收小腔来抑制边带振荡，采用相速跳变提高电子效率，采用液冷冷却。整个慢波电路两次切断，整管增益达45 dB以上。

慢波电路的色散特性CAD计算模型如图6所示。通过冷测调整，使理论计算和实测基本吻合。慢波电路的初步色散特性如图7所示。

图6 CST软件计算模型

图7 初步色散特性

研制出的1#样管在满工作比条件下的高频特性虽然满足了初样的要求，但明显存在几个问题:①频带偏向低端;②流通率偏低;③增益比较低，只有35 dB。因此需对色散特性进行调整，优化调整后的色散特性如图8所示。

图8 优化色散特性

新的设计方案调整了色散特性曲线。改变了电周期、腔片的槽角和腔环的内径。提高了色散曲线的平坦度，拓宽行波管的有效工作频带。另外，提高部分小瓷的吸收峰频率，拓宽小瓷的吸收带宽，以便更好地满足制管要求。

按新的设计方案研制出的2#管的性能完全满足技术指标要求。2#管在14%的相对带宽内等激励时的脉冲输出功率均大于12 kW，增益波动0.8 dB。整管电子注动态流通率大于96%，增益大于49 dB。

2 大信号模拟计算和实测比较

行波管大信号模拟计算的功率、增益特性和实测的功率、增益特性曲线分别如图9～图12所示。

图9 CAD大信号计算的功率曲线

图10 CAD大信号计算的增益曲线

图11 实测的功率曲线

图12 实测的增益曲线

通过比较可以看出，CAD大信号计算的功率、增益曲线和实测的功率、增益曲线基本吻合［8］。

3 结论

行波管已完成鉴定试验，交付用户使用可靠。它具有频带宽、大工作比、增益波动小等特点。本管的成功研制，为雷达系统性能的进一步提高提供了必要的技术储备，也为C波段大工作比、宽频带、中峰值输出功率、低电压栅控脉冲行波管的研制奠定了技术基础。

［1］廖复疆，孙振鹏，闫铁昌，等.微波真空电子器件的应用.雷达系统的工作原理及核心器件［M］.真空电子技术.北京:国防工业出版社，2008.7(1):1-20(10):368-370.

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［7］A.S.吉尔默.行波管原理［M］.中国电子科技集团公司第十二研究所:84-91.

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