休斯型耦合腔慢波结构正向设计初步研究

　　针对高效率耦合腔行波管提出一种正向设计的初步方法, 可根据设计指标对其慢波结构进行快速的定量设计。其设计思想是在满足带宽内的注波互作用同步条件的基础上, 尽可能提高总阻抗。为此提出带宽相速差之比参量来描述带宽与同步的关系, 并以此参量和Curnow 等效电路模型分析了休斯型耦合腔慢波结构的各个参量变化对带宽和总阻抗的影响情况, 从而建立慢波结构的正向设计过程; 使用这种设计方法, 针对给定的Ka 波段的耦合腔行波管参数指标进行快速设计, 设计结果基本满足指标要求。

　　众所周知, 行波管在卫星、雷达、电子对抗、遥感等方面有着广泛的应用。螺旋线行波管和耦合腔行波管作为两类最重要且常用的行波管, 具有不可替代的位置。目前螺旋线行波管的设计已比较成熟, 但是对于耦合腔行波管, 由于其慢波结构的复杂性, 尚未有快速、有效的正向设计方法见诸于报道。而慢波结构的正向设计是耦合腔行波管正向设计的关键环节, 它决定电子枪结构设计的难易和注波互作用的最终实现。

　　目前, 国内耦合腔行波管慢波结构的设计主要还停留在经验和借鉴国外耦合腔结构定性分析的基础上, 极大地限制了耦合腔行波管创新发展和性能的提高。本文提出了一种耦合腔行波管慢波结构的快速设计方法, 可以初步确定满足要求的耦合腔慢波结构尺寸。该方法是基于以下的设计思想, 即: 在满足带宽内的注波互作用同步条件的基础上, 尽可能提高总阻抗, 从而提高注波互作用效率。为此, 本文提出带宽相速差之比 这一参量指标, 用于定量地描述带宽同步状态。带宽相速差之比是指在设计要求的带宽内, 最大相速差应小于某个限定值, 从而保证整个带宽内的注波互作用同步, 这里用比值来建立带宽与同步的联系。因此, 本文的设计思路是带宽相速差之比满足要求的同时, 实现总阻抗最大。作为正向设计的初步探讨, 本文主要考虑前向波放大问题, 对于返波振荡等问题, 需要增加更多限制性条件,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为 这将在后续工作进行研究。

　　本文采用Curnow 等效线路模型对V 波段休斯型耦合腔慢波结构进行研究 , 讨论各个结构参量变化对带宽相速差之比和总阻抗的影响情况。并以此为依据设计了某一Ka 波段耦合腔慢波结构, 设计结果基本满足要求。

　　本文通过研究休斯型耦合腔慢波结构的参量变化对带宽和总阻抗的影响, 提出了一种休斯型耦合腔慢波结构的设计方法。并依据这种方法, 对某一Ka 波段的耦合腔行波管进行了快速设计。经互作用程序验证, 设计结果基本满足指标要求。由于只是高频结构的设计, 并没有考虑互作用分布情况, 因此设计结果与指标要求还有所差距。但是这种方法却可以帮助设计人员对休斯型耦合腔行波管慢波结构进行快速设计, 从而节省大量时间。对耦合腔行波管的设计工作也具有一定的指导意义。