一种基于螺距调整的空间行波管群时延的抑制方法技术

本发明专利技术属于空间行波管非线性技术领域，具体为一种基于螺距调整的空间行波管群时延的抑制方法。本发明专利技术是通过调节互作用第一段螺距p0来控制电子注与电磁波的同步偏差，使得互作用第一段相对相位角在‑50度左右，这样以牺牲少量输出功率为代价，使得群时延被大大抑制，其波动周期大大减少，波动幅度大大降低。综上所述，本发明专利技术在保证整个频带范围内输出功率满足用户指标的前提下(>150W)，群时延得到明显抑制，其波动幅度和波动周期明显减小，主要针对用于通信的空间行波管。

Method for suppressing group delay of space traveling wave tube based on pitch adjustment

The invention belongs to the technical field of space traveling wave tubes, in particular to a method for suppressing the group time delay of a space traveling wave tube based on pitch adjustment. The present invention is by regulating the interaction of the first paragraph P0 to control the pitch of electron beam and electromagnetic wave synchronous deviation makes the interaction the first period of relative phase angle in 50 degrees, so at the expense of a small amount of output power, the group delay is greatly inhibited, the fluctuation cycle is reduced greatly, the fluctuation is greatly reduced. In summary, the invention ensures the whole frequency range of the output power to meet users under the premise of index (> 150W), group delay were obviously reduced, the wave amplitude and wave period decreased significantly, mainly for communication space traveling wave tube.

【技术实现步骤摘要】
一种基于螺距调整的空间行波管群时延的抑制方法
本专利技术属于空间行波管非线性
，具体为一种基于螺距调整的空间行波管群时延的抑制方法。
技术介绍
空间行波管(Space-borneTWT)是广泛应用于卫星和航天器的转发器、数据传输系统、雷达与电子对抗发射机等的末级功率放大器。随着我国航天事业的飞速发展，对空间行波管放大器的研制和生产提出了非常迫切的需求。然而空间行波管放大器中的各项非线性特性会直接影响卫星和航天器的整体性能，其中群时延影响卫星通信的误码率、导航系统的时间同步精度以及伪测距精度，这是因为行波管是一个复杂的色散系统，其非线性注波互作用过程会产生不同频率信号相位不一致的群时延现象。但是目前现有技术行波管群时延的抑制研究仍是一片空白，其产生机理和抑制方法是亟待解决的问题。因此非常有必要研究行波管中群时延的抑制方法。其中群时延的定义式为：其中，τ是群时延，Φ是场相位，f是频率。
技术实现思路
针对上述存在问题或不足，在保证整个频率带宽范围内输出功率大于用户指标的前提下，本专利技术提供了一种基于螺距调整的空间行波管群时延的抑制方法。本专利技术在保证功率满足用户指标的前提下，提出一种群时延抑制方案，具体如下：步骤1、运用微波管模拟套装(MTSS)对空间行波管进行仿真，得出其初始的输出功率和群时延；步骤2、逐渐增大互作用第一段的初始螺距值pitch(p0)，每次0.001mm≤Δpitch≤0.1mm递增；p0递增至互作用第一段相对相位角在[-40deg,-60deg]之间，并在满足饱和输出功率大于150W(用户指标)，记录每次螺距递增得到的功率、互作用第一段相对相位角以及群时延；步骤3、挑选出步骤2记录的群时延最小的点，最后记录该螺距p0下的输出功率和群时延。螺旋线行波管的螺距p0应根据不同的频段进行相应的优化设计，只要不超出最低功率要求和工艺水平即可。本专利技术在保证整个频带范围内输出功率满足用户指标的前提下(>150W)，利用MTSS三维计算对螺距进行仿真，通过增大螺距p0可以改变色散曲线的相速且对色散平坦度几乎没有影响，使得电磁波的相速与电子的速度更加接近，这样便缩小了电磁波与电子注的同步偏差(速度差)。同时当互作用第一段相对相位角(相对相位角是场增加方向与场方向夹角的物理量，表征场增加的快慢，可以直接在MTSS软件中获得)在[-40deg,-60deg]时，电子注受到电磁波较温和的速度调制和密度调制，此时将形成群聚状态更佳的电子注，电子注的非线性特性也将明显好于螺距优化前的电子注。通过这种方法改善了电磁波与电子注的同步程度，进而大大改善电子注的群聚状态，优化后群时延得到明显抑制，其波动幅度和波动周期明显减小。主要针对用于通信的空间行波管。本专利技术是通过调节互作用第一段螺距p0来控制电子注与电磁波的同步偏差，使得互作用第一段相对相位角在-50度左右，这样以牺牲少量输出功率为代价，使得群时延被大大抑制，其波动周期大大减少，波动幅度大大降低。综上所述，本专利技术在保证整个频带范围内输出功率满足用户指标的前提下(>150W)，群时延得到明显抑制，其波动幅度和波动周期明显减小。附图说明图1是无翼片矩形夹持杆高频结构图；图2是正跳变负渐变的互作用螺距分布图；图3是输出功率随轴分布图；图4是初始群时延曲线；图5是螺距p0优化前后，相对相位角随轴分布曲线对比图；图6是螺距p0优化前后，功率扫描分布曲线对比图；图7是螺距p0优化前后，群时延扫描分布曲线对比图。具体实施方式下面以频率范围为11GHz-11.5GHz的Ku波段螺旋线行波管为例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明。针对11GHz-11.5GHz的Ku波段带螺旋线行波管，对该空间行波管进行群时延抑制仿真，首先规定用户指标要求整个频率范围内的最小输出功率大于150W。(1)运用MTSS三维计算该空间行波管进行仿真，得出其初始的输出功率和群时延；如图1和图2所示，采用Ku波段带螺旋线行波管，其高频结构采用无翼片矩形夹持杆，互作用结构采用正跳变负渐变螺距分布。在MTSS中可以直接得到该空间行波管的初始输出功率和群时延，如图3和图4。其中初始群时延为0.512ns。(2)增大螺距(pitch)，具体为把螺距从0.45mm增大到0.505mm。利用MTSS软件的三维计算对互作用第一段螺距p0进行扫描优化。以Δpitch＝0.01mm逐次增加螺距p0，发现互作用第一段螺距p0＝0.505mm时，互作用第一段的相对相位角为-42度(见图5)，频带范围内最小饱和输出功率为175W(>150W的用户指标)(见图6)。增大螺距p0不但对输出功率的影响不大，而且使得群时延由0.512ns降到0.265ns，即群时延抑制量为0.247ns，群时延的波动周期由7个降低为0个，群时延曲线近似为直线段(见图7)。综上所述，本实施例以一支11GHz-11.5GHz螺旋线行波管为例，在保证功率满足用户指标的前提下，提出群时延抑制方案，即把互作用第一段螺距p0从0.45mm增大到0.505mm。由此可见，本专利技术可以有效的抑制群时延失真，群时延的平均值得到降低的同时，群时延的波动周期和波动幅度也大幅减小。但从实施例中可以看出，针对不同频段的螺旋线行波管，只要在保证用户指标满足要求的前提下，螺距的具体尺寸能够在本专利技术方案的基础上通过优化得到。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于螺距调整的空间行波管群时延的抑制方法，具体如下：步骤1、运用微波管模拟套装MTSS对空间行波管进行仿真，得出其初始的输出功率和群时延；步骤2、逐渐增大互作用第一段的初始螺距值pitch即p0，每次以0.001mm≤Δpitch≤0.1mm递增；p0递增至互作用第一段相对相位角在‑40deg与‑60deg之间，并在满足饱和输出功率大于150W，记录每次螺距递增得到的功率、互作用第一段相对相位角以及群时延；步骤3、挑选出步骤2记录的群时延最小的点，最后记录该螺距p0下的输出功率和群时延。

【技术特征摘要】
1.一种基于螺距调整的空间行波管群时延的抑制方法，具体如下：步骤1、运用微波管模拟套装MTSS对空间行波管进行仿真，得出其初始的输出功率和群时延；步骤2、逐渐增大互作用第一段的初始螺距值pitch即p0，每次以0.001mm≤Δpitch≤0.1mm递增；p0递增至互作用第一段相对相位角在-40deg与-60deg之间，并在满足饱和输出功率大于150W，记录每次螺距递增得到的功...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱海舰，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