行波管工作在非常惡劣的環境下, 對結構可靠性具有很高的要求。本文探討了國內外學者及科研機構對行波管結構動力學特性分析的研究方法和研究情況, 利用有限元模仿真分析和隨機振動試驗相結合的方法, 進行了某行波管輸能窗兩種結構的力學機理分析、動力學特性分析和隨機振動試驗。結果表明, 有限元仿真分析的結論與隨機振動試驗的結果是吻合的。

　　行波管通常工作在非常惡劣的環境下, 在使用過程中要承受各種機械沖擊和振動應力的作用, 因此行波管必須滿足各種機械環境應力的考核, 在交付時必須做規定的綜合環境試驗條下的抗振可靠性鑒定和驗收試驗, 以驗證其設計是否符合規定的抗振可靠性指標要求, 保證在規定的應力環境下正常工作。

　　為了保證微波系統中行波管的可靠性, 國內外許多科研機構開展了大量的抗振可靠性、工藝可靠性、可靠性熱設計等研究, 真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)總結了國內外科研機構在行波管結構可靠性方面的研究。

　　A. F. Saleeb 與M. Prabhu采用一種有別于傳統的動力學模態分析和振動試驗的電子斑紋干涉方法, 研究了基于非接觸法的全場振動測試數據對平板進行空間輪廓識別, 這為開展隨機振動試驗提供了一條簡易且精確的途徑。S.Raina 與M. Santra對一種耦合腔行波管進行了熱和振動性能分析, 通過對行波管進行模態分析和隨機振動試驗, 研究了在給定的試驗條件下行波管的位移、應力和變形情況。

　　廣東工業大學和電子五所對行波管結構可靠性的研究主要集中在兩個方面, 其一, 在分析研究國內外行波管可靠性研究發展現狀的基礎上, 借助于有限元模擬分析方法理論, 在行波管的結構可靠性方面、進行了研究。其二, 利用可視化編程語言Visualc+ + 開發了行波管振動特性分析系統, 通過反復修改系統中設置的行波管振動特性關鍵參數,完成行波管的抗振可靠性分析, 以減少分析的工作量, 為優化設計提供便利途徑。

　　電子科技大學的周菥、姚列明等對柵網在高溫狀態下進行了熱分析和動力學模態分析, 計算了柵網的熱變形、振型和固有頻率, 并開發了專用的熱和動力學特性仿真環境軟件。

　　田義宏等從振動試驗技術的角度討論了振動應力篩選的方法, 分析了振動試驗中夾具、安裝方式、傳感器、振動方向等各種因素和控制策略對環境應力篩選效果的影響。

　　上述研究或偏重于有限元模擬仿真, 如對行波管組件進行動力學模態分析, 或偏重于實驗研究, 如對行波管進行隨機振動試驗。本文采用了將力學機理分析、有限元模擬仿真與隨機振動試驗相結合的方法, 以力學分析為依據, 有限元模擬仿真為理論指導, 最后以試驗來驗證的方法, 對某行波管輸能窗的兩種結構進行了分析。

某行波管輸能窗結構力學機理分析

　　利用有限元法進行行波管隨機振動分析, 是實現行波管結構動力學設計的有效途徑, 結合隨機振動試驗在檢驗通過有限元設計的動力結構是否可靠的同時, 也大大提高了行波管可靠性設計的效率。

　　圖1 為某行波管輸能窗的兩種結構示意圖。

圖1  輸能窗兩種結構示意圖

　　從力學角度進行機理分析, 圖1(a) 所示結構在試驗時, 輸能窗下端即窗固定面被固定, 上端處于自由狀態, 實際上構成了懸臂梁結構, 受力簡圖如圖2所示。圖1(b) 所示結構對原本是懸臂梁結構的輸能窗進行了支撐, 用支撐架支撐后, 輸能窗由懸臂梁結構轉變為簡支梁結構, 其受力簡圖如圖3 所示。

圖2 懸臂梁結構輸能窗受力簡圖

圖3 簡支梁結構輸能窗受力簡圖

　　以下對輸能窗結構的兩種形式進行了有限元動力學模態分析和隨機振動試驗仿真分析。

　　采用理論分析與試驗相結合的方法, 對某行波管輸能窗結構進行了力學機理分析, 基于此分析, 對兩種輸能窗結構進行了動力學模態分析與隨機振動模擬仿真。分析表明, 簡支梁結構的輸能窗相對于懸臂梁結構的輸能窗而言, 固有頻率大幅提高, 輸能窗結構剛度增強。對兩種輸能窗結構的行波管進行了隨機振動試驗, 試驗結果證明, 簡支梁結構行波管工作正常, 未發生漏氣現象, 解決了某行波管輸能窗在振動后結構破壞的問題。