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。對行波管的主要要求：小型化、高效率、低重量。研制目標是實現(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)計和計算

　　本行波管的研制方案以原有的小型化行波管為基礎(chǔ)，進行效率提高和其他改進，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

　　采用預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)是軸上的磁感應強度的軸向值，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

　　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度對基波互作用效率的影響進行了計算。圖2是MTSS三維仿真軟件大信號計算結(jié)果的一組功率和效率值。

圖2　采用漸變后的三維計算結(jié)果

　　1.3、行波管多級降壓收集極設(shè)計

　　原有小型化行波管采用三級降壓收集極，總效率35%。為保證本項目行波管效率達到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算結(jié)果，圖3(c)是MTSS降壓收集極的三維中頻計算結(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)計和測試

　　北京真空電子技術(shù)研究所已具有相當成熟的連續(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目的整機單位所做的功率合成中得到驗證。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，研制水平達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。整機單位已經(jīng)利用本行波管完成了功率合成實驗，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益。目前以本行波管為基礎(chǔ)，用戶又定制了更高技術(shù)指標的拓展的行波管。