一种宽带螺旋线行波管二次谐波抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种宽带螺旋线行波管二次谐波抑制方法，属于宽带螺旋线行波管技术领域，特别涉及一种宽带螺旋线行波管的二次谐波抑制方法。在一定范围内，减小翼片到中心的距离会使行波管谐波抑制情况变好，但距离的减小会使翼片到螺旋线越近，可能会引起工程加工等其他很多潜在的麻烦，所以本发明专利技术在输入段和输出段分别使用了两段不同的翼片结构，使输入段的翼片到中心距离更大一些，对比均匀的翼片结构，不仅带来比较好的谐波抑制效果，还能更好的“权衡”行波管设计中的其他因素。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带螺旋线行波管二次谐波抑制方法
本专利技术属于宽带螺旋线行波管
，涉及一种宽带螺旋线行波管的二次谐波抑制方法。
技术介绍
行波管相较其他微波电子管，具有宽频带、大功率、噪声低及高效率等优点，在通信、雷达尤其是电子对抗中得到了广泛的应用。近年来，电子对抗技术越来越得到各个国家的高度重视，这也对行波管提出了更高的要求：更宽频带、更高功率及更大的效率。螺旋线行波管由于具有较平坦的色散特性，被广泛应用于宽带行波管
螺旋线行波管大致由五个部分组成：电子枪、慢波系统、聚焦系统、输入输出系统及收集极。慢波系统主要用于减慢电磁波，使其与电子注同步来交换能量，从而放大信号。慢波系统中的高频结构主要由螺旋线、夹持杆、翼片、管壳及集中衰减器组成。行波管诸多结构中的任何一个发生改变，都会影响其输出的性能。那么在众多可控因素下的科学研究中，学者们往往采取一种“权衡”的方法，既不能顾此失彼，又要得到最好的优化结构。例如在行波管的优化设计中，常常能见到“跳变”甚至“渐变”的方法。现代通信及电子战技术的飞速发展，必然要求行波管具有更好的性能。例如：人们总是希望设计出一只微波管能涵盖尽可能大的频带，这样一只管子就能应付更多的应用场景，然而在不同的应用场景中，往往只需用到某一个很小的频带，这时其他的频率将会是一种干扰，特别是二次谐波。螺旋线行波管能满足更宽频带的要求，而其性能的提升将会受到二次谐波的严重限制。当需要某一基波的输出时，必然要求其二次谐波越小越好。窄带行波管一般不存在这个问题，而宽带行波管需要着重对待，因为二次谐波频点常常就在宽带内。例如：设计一个2—8GHz的宽带行波管，2、3、4GHz的二次谐波就在频带内，必须将其二次谐波的输出降到最低。常用的二次谐波抑制技术有谐波注入技术、螺距跳变技术等，当然每种技术并非全能的，针对具体的行波管采用最合适的方法，在权衡中达到最优化才是最好的设计。谐波注入技术虽然在一定程度上能抑制二次谐波，但操作上存在相当大的困难且不易控制；传统的螺距跳变技术抑制谐波时的二次谐波输出也普遍偏大，效果都不是很理想。
技术实现思路
为了在宽带行波管的优化设计中更好地抑制二次谐波，从而提升行波管的性能，本专利技术在常规螺旋线行波管基础上提出了一种翼片结构突变及螺距正跳变的方法。技术方案是一种宽带螺旋线行波管二次谐波抑制方法，该方法中螺旋线行波管包括：电子枪、慢波系统、聚焦系统、螺旋线传输腔、收集极；其中螺旋线传输腔中的螺旋线通过夹持杆固定在腔壁上，所述螺旋线切断分隔为输入段和输出段，输入段和输出段之间设置有集中衰减器，输入段中螺旋线的螺距小于输出段中螺旋线的螺距；输入段和输出段所在腔体的内壁上轴向设置有多条脊状突起，该脊状突起为翼片，翼片以螺旋线传输腔的轴向中心对称；输入段中翼片高度相同，输出段中翼片高度相同；其特征在于输入段中翼片高度小于输出段中翼片高度，通过协同调节夹持杆的高度和宽度，输入段与输出段中翼片的高度，输入段与输出段中螺旋线的螺距，来抑制宽带螺旋线行波管的二次谐波。所述螺旋线输出腔中的翼片，其截面形状为扇形。本专利技术还是遵循了行波管研究设计中的一种“权衡”思想，尽量做到不顾此失彼，使输出功率和谐波抑制都达到一个比较好的效果。采用前后不同的螺距及翼片到中心距离，得到效果良好的谐波抑制，从而提升宽带螺旋线行波管的整管性能。附图说明图1是均匀翼片和螺距的宽带螺旋线行波管示意图图2是均匀翼片螺距正跳变的宽带螺旋线行波管示意图图3是宽带螺旋线行波管高频结构横截图(翼片到中心距离Rs＝1.26mm)图4是宽带螺旋线行波管高频结构横截图(翼片到中心距离Rs＝1.24mm)图5是翼片结构突变螺距正跳变设计方法与均匀翼片螺距的对比图图6是2—8GHz宽带螺旋线行波管均匀翼片和螺距正跳变的2GHz、3GHz、4GHz二次谐波抑制输出功率图图7是2—8GHz宽带螺旋线行波管翼片结构突变螺距正跳变的2GHz、3GHz、4GHz二次谐波抑制输出功率图图8是2—8GHz宽带螺旋线行波管翼片结构突变与非突变的2GHz、3GHz、4GHz二次谐波抑制比的对比图具体实施方式下面结合2—8GHz宽带螺旋线行波管的设计对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明。螺旋线行波管翼片结构突变及螺距正跳变的设计方法包括以下步骤：(1)确定宽带螺旋线行波管的高频结构本方案结合2—8GHz宽带螺旋线行波管来分析翼片结构突变对二次谐波抑制的影响。工作电压设为4000V，输出功率为250W，饱和增益为40dB,总效率为30％。通过正向设计可以大致确定螺旋线内径为1mm左右，最佳同步相速为0.106到0.108，然后可以计算出螺距为0.7mm。在这些理论公式推出的物理参数的参考下，调节夹持杆宽度及高度来进一步优化高频结构的色散特性。(2)扫描确定不同螺距及翼片到中心的距离一般说来，翼片到中心的距离对色散的反常和平坦度影响非常大，越靠近中心，色散越反常(色散曲线越倾斜)，但同步相速越小；调节螺距，将会显著影响同步相速，螺距增大，同步相速增加。在谐波抑制及最佳同步相速之间权衡，选择出一些合宜的螺距及翼片到中心的距离。为了比较好地抑制谐波，在确定翼片到中心距离时，尽量保证所得到的色散倾斜度(最大同步相速减去最小同步相速)在0.1左右。一定范围内，色散越反常，二次谐波抑制效果越好，同时也会使翼片到螺旋线越近，不仅会造成加工上的困难还会引起各种潜在不良影响，所以我们又不可能为了抑制二次谐波来一味地减小翼片到中心的距离，反而采用两段不同距离能达到比较好的效果。(3)加入切断和衰减加入切断和衰减来抑制电磁波的反射。(4)确定电参数互作用的输出功率也是宽带螺旋线行波管的重要设计指标，通过调节电压、电流使得各频点的输出功率都能饱和且达到最大。(5)确定输入段和输出段的螺距及翼片到中心的距离通过对不同螺距及翼片到中心距离的组合进行优化，得到一组优化后的值。(6)确定切断的位置通过对上述模型的切断位置进行扫描优化，得到最大的谐波抑制比，从而确定最合适的切断位置。本次针对2—8GHz宽带螺旋线行波管，我们选择扇形翼片品行夹持杆的高频结构。在初步调整行波管内径、螺距，夹持杆及翼片结构等参数的基础上，得到较好的色散和耦合阻抗特性。接着对翼片到中心的距离Rs和螺距pitch同时进行扫描，扫描的范围尽可能的大一些，暂定Rs的起始值为1.22mm、结束值1.28mm、间隔0.02mm；pitch起始值为0.8mm、结束值为0.88mm、间隔0.02mm。在加入切断和衰减后，扫描互作用部分的电压、电流、及切断位置等参量，综合参考2—8GHz各频点的输出功率及饱和度的情况下，确定电压为3900V、电流为370mA、切断位置为30mm。在互作用高频设置部分，依据切断分为输入段和输出段，为了对比测试本专利技术的翼片结构突变对二次谐波抑制的优化效果，分以下两种情况导入高频数据。情况1：输入段和输出段的翼片到中心距离Rs都为1.26mm；输入段螺距pitch为0.8mm，输出段螺距pitch为0.82mm。在微波管CAD软件MTSS上分别对2GHz、3GHz、4GHz进行谐波计算，得到图6所示的结果。情况2：输入段翼片到中心距离Rs为1.26mm，输出段Rs为1.24mm；输入段螺距p本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽带螺旋线行波管二次谐波抑制方法，该方法中螺旋线行波管包括：电子枪、慢波系统、聚焦系统、螺旋线传输腔、收集极；其中螺旋线传输腔中的螺旋线通过夹持杆固定在腔壁上，所述螺旋线切断分隔为输入段和输出段，输入段和输出段之间设置有集中衰减器，输入段中螺旋线的螺距小于输出段中螺旋线的螺距；输入段和输出段所在腔体的内壁上轴向设置有多条脊状突起，该脊状突起为翼片，翼片以螺旋线传输腔的轴向中心对称；输入段中翼片高度相同，输出段中翼片高度相同；其特征在于输入段中翼片高度小于输出段中翼片高度，通过协同调节夹持杆的高度和宽度，输入段与输出段中翼片的高度，输入段与输出段中螺旋线的螺距，来抑制宽带螺旋线行波管的二次谐波。

【技术特征摘要】
1.一种宽带螺旋线行波管二次谐波抑制方法，该方法中螺旋线行波管包括：电子枪、慢波系统、聚焦系统、螺旋线传输腔、收集极；其中螺旋线传输腔中的螺旋线通过夹持杆固定在腔壁上，所述螺旋线切断分隔为输入段和输出段，输入段和输出段之间设置有集中衰减器，输入段中螺旋线的螺距小于输出段中螺旋线的螺距；输入段和输出段所在腔体的内壁上轴向设置有多条脊状突起，该脊状突起为翼片，翼...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文，胡玉禄，胡权，朱小芳，李斌，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51