本文對某一微波功率模塊(MPM)用小型化行波管的直角彎頭輸入結(jié)構(gòu)進(jìn)行了降低結(jié)構(gòu)高度的研究。新直角彎頭輸入結(jié)構(gòu)的高度從原結(jié)構(gòu)的28.4mm減小到15.8mm，輸入匹配性能也得到同步提升。MPM 的寬度可由此減小12.6mm，因此可獲得更高的集成度。

　　小型化、平面化、集成化是真空電子器件的現(xiàn)在和未來發(fā)展方向之一，因此微波功率模塊(簡稱為MPM)的小型化研究始終是目前和今后一個(gè)時(shí)期真空電子器件領(lǐng)域的重要任務(wù)。

　　MPM 實(shí)為模塊化的微波發(fā)射機(jī)，采用MPM可以方便地構(gòu)建大型微波發(fā)射機(jī)。MPM 結(jié)構(gòu)上的典型特點(diǎn)為尺寸小、集成度高。如圖1所示，MPM的組成結(jié)構(gòu)主要由小型化行波管、集成電源和固態(tài)放大器三者進(jìn)一步集成于一個(gè)外殼中而來。MPM的工作原理可簡述為：集成電源為小型化行波管和固態(tài)放大器提供各路供電以及控制接口;固態(tài)放大器將輸入至MPM 的微波信號進(jìn)行預(yù)放大，形成小型化行波管所需要的微波功率電平;小型化行波管為微波末級功放，實(shí)現(xiàn)微波功率的放大輸出。要想實(shí)現(xiàn)MPM 結(jié)構(gòu)的小型化，首先是各組成組件的小型化，此外，在布局上應(yīng)盡量減少無用空間。因此，行波管結(jié)構(gòu)小型化是在MPM 小型化的主要研制內(nèi)容之一。

圖1　MPM 結(jié)構(gòu)示意圖

　　行波管結(jié)構(gòu)小型化就是指其結(jié)構(gòu)的長度(L)、厚度(H)和寬度(W )的分別小型化。行波管的長度尺寸取決于增益的大小，增益越低長度越短，一般情況下，只要合理將MPM 需要的增益分配于固態(tài)放大器和行波管，就能夠有效縮短行波管的長度，從而滿足MPM 對行波管長度尺寸的限制;行波管的厚度可以通過減小其電子槍、高頻段和收集極的徑向尺寸而滿足;相比較而言，對行波管的寬度進(jìn)行小型化比較困難，如圖1所示，主要是因?yàn)槠渖漕l輸入接口和射頻輸出接口都是沿寬度方向橫向引出的。射頻輸出接口可直接引出MPM 殼體，從而較容易避免小型化問題;射頻輸入接口連接著去往固態(tài)放大器的電纜組件，結(jié)構(gòu)上需要進(jìn)行直角拐彎，由此造成了可觀的無用空間，降低了MPM 的集成度。因此縮小直角彎頭輸入結(jié)構(gòu)尺寸，就成為行波管寬度小型化的關(guān)鍵所在。本文的研究方向即為小型化行波管直角彎頭輸入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1、優(yōu)化仿真

　　一般情況下，MPM 用行波管的射頻輸入結(jié)構(gòu)由同軸窗、標(biāo)準(zhǔn)同軸接頭、標(biāo)準(zhǔn)直角彎頭電纜組件構(gòu)成，這里標(biāo)準(zhǔn)同軸接頭和標(biāo)準(zhǔn)直角彎頭電纜組件統(tǒng)稱為直角彎頭電纜組件，圖2所示，其中直角拐彎由2.2mm半剛同軸電纜彎曲而成。此輸入結(jié)構(gòu)不僅高度高(從軸心到半剛同軸電纜外徑為28.4mm)，而且匹配性能也不佳，一般駐波在2.5以內(nèi)。

　　為了近一步降低直角彎頭輸入結(jié)構(gòu)的高度和提高匹配性能，在同軸窗結(jié)構(gòu)尺寸不變的情況下，需降低直角彎頭電纜組件的高度尺寸以及設(shè)計(jì)良好的寬帶匹配結(jié)構(gòu)。為此設(shè)計(jì)了非標(biāo)的直角轉(zhuǎn)彎區(qū)與標(biāo)準(zhǔn)的2.2mm電纜以及鎖緊螺母組合而成的新直角彎頭電纜組件，如圖3所示。其中直角轉(zhuǎn)彎區(qū)的高度決定了直角彎頭電纜組件的高度。因此文章的主要研究內(nèi)容為小尺寸直角轉(zhuǎn)彎的寬帶匹配設(shè)計(jì)及小型化直角彎頭電纜組件結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。

圖2　行波管輸入接口常規(guī)用直角彎頭輸入結(jié)構(gòu)示意圖

圖3　新直角彎頭輸入結(jié)構(gòu)示意圖