本文簡述了X波段350W 相位一致脈沖行波管的成功研制情況，并簡單介紹了其應(yīng)用和后續(xù)需求。

　　350W 相位一致脈沖行波管主要用于四路放大器功率合成試驗(yàn)。對行波管的主要要求：小型化、高效率、低重量。研制目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)脈沖功率350W、平均功率56W 的空間用功率合成行波管。主要技術(shù)指標(biāo)是：工作頻率X波段，帶寬620MHz，輸出功率350W，增益40dB，工作比16%，效率40%。

　　1、行波管設(shè)計(jì)和計(jì)算

　　本行波管的研制方案以原有的小型化行波管為基礎(chǔ)，進(jìn)行效率提高和其他改進(jìn)，并保證采取措施保證行波管的相位一致性。

　　原有小型化行波管樣管實(shí)現(xiàn)了在X波段輸出500W 的脈沖功率，工作比20%，效率大于35%。

　　1.1、無截獲柵控電子槍和周期永磁磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　采用預(yù)研課題的無截獲柵控電子槍和周期永磁(PPM)磁系統(tǒng)。圖1是行波管電子槍加PPM系統(tǒng)后的Opera-3D軟件的仿真結(jié)果。圖1(a)是軸上的磁感應(yīng)強(qiáng)度的軸向值，圖1(b)是其電子軌跡。

圖1　行波管電子槍加PPM 磁系統(tǒng)后的模擬仿真結(jié)果

　　1.2、高頻結(jié)構(gòu)的高效率設(shè)計(jì)

　　為了獲得高的行波管的電子互作用效率，采用夾持桿的優(yōu)化與速度再同步技術(shù)兩條途徑。對螺旋線高頻慢波結(jié)構(gòu)實(shí)施速度再同步技術(shù)來提高行波管的互作用效率。為了使行波管達(dá)到盡量高的總效率，提高電子互作用效率是必須研究的問題，通過采用非均勻方式的輸出線路，結(jié)合CAD技術(shù)，對漸變線路的漸變位置、漸變段長度和漸變強(qiáng)度對基波互作用效率的影響進(jìn)行了計(jì)算。圖2是MTSS三維仿真軟件大信號計(jì)算結(jié)果的一組功率和效率值。

圖2　采用漸變后的三維計(jì)算結(jié)果

　　1.3、行波管多級降壓收集極設(shè)計(jì)

　　原有小型化行波管采用三級降壓收集極，總效率35%。為保證本項(xiàng)目行波管效率達(dá)到40%，改用四級降壓收集極。圖3是四級降壓收集極的初步計(jì)算結(jié)果，其中圖3(a)是MSDC軟件的仿真結(jié)果，圖中電極之間的平行線及其延伸的淡色線是等電位線，其余的淡色線與深色線是原電子軌跡與次級電子的軌跡，原電子軌跡都從收集極入口出發(fā)，次級電子軌跡都在收集極電極邊界與原電子軌跡相連。其降壓效率為75.9%。圖3(b)是TWTCAD軟件對降壓收集極的中頻計(jì)算結(jié)果，圖3(c)是MTSS降壓收集極的三維中頻計(jì)算結(jié)果。

圖3　四級降壓收集極的仿真結(jié)果

　　1.4、脈沖行波管相位一致性的設(shè)計(jì)和測試

　　北京真空電子技術(shù)研究所已具有相當(dāng)成熟的連續(xù)波相位一致性行波管的控制技術(shù)，并且成功研制過相位一致的耦合腔脈沖行波管，但是相位一致的螺旋線脈沖行波管還是首次研制。脈沖行波管相位的一致性也在本項(xiàng)目的整機(jī)單位所做的功率合成中得到驗(yàn)證。圖4為脈沖行波管的相位一致性測試原理圖。

圖4　脈沖行波管相位測試系統(tǒng)

　　3、結(jié)束語

　　X波段350W 相位一致脈沖行波管是螺旋線做高頻的相位一致性脈沖行波管。行波管具有高效率、小尺寸、重量輕的特點(diǎn)，研制水平達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。整機(jī)單位已經(jīng)利用本行波管完成了功率合成實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。目前以本行波管為基礎(chǔ)，用戶又定制了更高技術(shù)指標(biāo)的拓展的行波管。