[發明專利]一種螺旋線行波管動態相速漸變螺距分布結構及設計方法

有效

• 申請號: 201310286820.7
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號: CN103489741A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 胡玉祿;李斌;李建清;朱小芳;楊中海;郭佶玙
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01J23/27
• 分類號: H01J23/27;H01J23/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于螺旋線行波管技術領域，涉及一種螺旋線行波管動態相速漸變螺距分布結構及設計方法，具體地說，涉及一種帶凹槽的螺旋線行波管動態相速漸變螺距分布結構及設計方法。

背景技術

在衛星通信，數據傳輸等空間應用領域中，通常采用螺旋線行波管實現射頻信號的放大。螺旋線行波管通過輸入射頻信號形成的電磁場與電子注進行相互作用，將電子注的動能轉換為電磁能，從而實現射頻信號的放大。相比采用其他高頻結構的行波管，螺旋線行波管具有寬頻帶、大功率等特點，因而在空間應用領域得到廣泛應用。

在空間應用領域中，主要依靠太陽能、燃料電池等提供能量，能供給的能量非常有限。在這種情況下，將這些能量轉化成電磁能量的螺旋線行波管的電子效率具有非常重要的意義。在特定的輸出功率下，高的電子效率意味著低的直流能耗。因此，電子效率越高，有限能量能驅動的行波管數量越多，從而能夠提供更多的信號傳輸通道。

圍繞螺旋線行波管電子效率的提高，國內外學者開展了大量研究工作，提出了一些提高螺旋線行波管電子效率的建議。其中，采用動態相速漸變結構[1]提高螺旋線行波管的電子效率是一種有效方案。所謂的動態相速漸變結構(見圖1與圖2)是通過改變輸出螺旋線的螺距分布使其按一定規律逐漸變小，從而使得沿螺旋線傳播的電磁信號的相速逐漸變小，與失去能量而降低速度的電子注再次發生同步，最后達到提高電子效率的目的。但是，采用動態相速漸變結構在獲得更高電子效率的同時，會導致輸出信號的高次諧波分量增大。

發明內容

為了克服現有技術中的缺陷，在提高螺旋線行波管電子效率的同時，有效抑制輸出信號的二次諧波分量，從而提高行波管的線性特性。本發明在常規動態相速漸變結構的基礎上，提出了一種螺旋線行波管動態相速漸變螺距分布結構及設計方法。

其技術方案如下：

一種螺旋線行波管動態相速漸變螺距分布結構，螺旋線分為輸入螺旋線和輸出螺旋線，輸入螺旋線和輸出螺旋線之間用切斷分隔，切斷兩邊為集中衰減器用來抑制電磁波反射，其中輸入螺旋線長度為z1螺距為p0；輸出螺旋線分為三段：第一段均勻螺旋段、漸變螺旋線段以及第二段均勻螺旋段，第一段均勻螺距段長度為z2螺距為p1；漸變螺距段長度為z3，其螺距值從p1均勻漸變至p2；第二段均勻螺旋段長度為z4螺距為p2；

在輸出螺旋線的漸變螺距段z3前添加一段螺距凹槽，螺距凹槽主要由凹槽深度h、凹槽寬度L和凹槽距離漸變螺距段的距離d三個結構參數決定，形成帶凹槽的動態相速漸變螺距分布結構。

進一步優選，輸入螺旋線長度z1＝60mm，螺距p0＝0.682mm，輸入螺旋線和輸出螺旋線之間切斷為3mm，并在切斷兩邊分別加入長度為15mm的集中衰減器；第一段均勻螺旋段長度z2為52mm，其螺距p1為0.722mm；漸變螺旋線段長度z3為6mm，其螺距從p1＝0.722mm均勻漸變至p2＝0.662mm；第二段均勻螺旋段長度z4為21mm，其螺距p2＝0.662mm。

一種螺旋線行波管動態相速漸變螺距分布結構的設計方法，包括以下步驟：

(1)確定螺距凹槽深度h

基波和高次諧波的場相對相位角會隨螺距凹槽深度的增加而增加，選擇凹槽深度h使得基波的場相對相位角接近0度，二次諧波的場相對相位角大于90度；

取均勻螺距段螺距p1的10％作為凹槽深度；在螺距凹槽區域內，基波的場相對相位角從-60度增加至-20度之0度之間，二次諧波的場相對相位角增加至90度與100度之間；

(2)確定螺距凹槽寬度L

對該X波段螺旋線行波管，螺距凹槽深度h為均勻螺距的10％-12％，螺距凹槽寬度L為4-6mm；

(3)確定螺距凹槽距螺距漸變段的距離d

對該X波段螺旋線行波管，螺距凹槽距螺距漸變段的距離d為2-3mm。

進一步優選，螺距凹槽深度為均勻段螺距的11.40％，螺距凹槽寬度為5mm，螺距凹槽距螺距漸變段的距離為2mm。

本發明的有益效果：

利用本發明提出的帶凹槽的螺旋線行波管動態相速漸變螺距分布結構可以在提高螺旋線行波管電子效率的同時，有效抑制輸出信號的高次諧波分量，提高螺旋線行波管的性能。

附圖說明

圖1是常規的螺旋線行波管動態相速漸變螺距分布示意圖。

圖2是采用常規動態相速漸變螺距分布結構的螺旋線行波管示意圖。

圖3是本發明提出的帶凹槽螺旋線行波管動態相速漸變螺距分布示意圖。