一种宽频带行波管和多模式行波管的高效率收集极设计方法技术

本发明专利技术属于行波管高效率技术领域，具体涉及一种宽频带行波管和多模式行波管的高效率收集极设计方法。本发明专利技术对不同电子注的接口的能量分布曲线进行分析，计算使得多个电子接口的理论平均收集极效率和多个电子接口中的理论最小收集极效率都达到最大值时的理论最佳收集极电压分配值。参考理论最佳收集极电压分配值，对收集极结构进行设计和优化。最后可得到具有兼容多种电子接口的高效率、低回流的收集极。本发明专利技术实现了多种电子接口下的高性能收集极快速设计，有助于提高宽带型行波管和多模式行波管的收集极性能，进而提高行波管的整体性能。本发明专利技术对提升宽带行波管和多模式行波管的整管效率具有重要的参考价值。的整管效率具有重要的参考价值。的整管效率具有重要的参考价值。

【技术实现步骤摘要】
一种宽频带行波管和多模式行波管的高效率收集极设计方法


[0001]本专利技术属于行波管高效率
，具体涉及一种宽频带行波管和多模式行波管的高效率收集极设计方法。

技术介绍

[0002]行波管是宽频带大功率的微波电子器件，因其具有大功率、高效率、大宽带、高可靠、长寿命以及抗辐射等特性被广泛应用与雷达、卫星通信等领域。其中宽带行波管作为关键元器件广泛应用于飞机、卫星、导弹等装备中。多模式行波管可以工作在不同电流的模式下，具有在不同工作模式下转换工作状态的优点，实现一管多用，有效适应多种应用场景，可以降低载荷，实现功能集成。
[0003]行波管核心部件包括：电子枪、磁聚焦系统、慢波结构和输能窗。其中电子枪发射一个和慢波结构中电磁场传输速度一致的电子注，慢波结构中电磁场与电子注进行能量交换，电子注把部分能量交给了电磁场，电磁场能量被放大，经过输出窗传到负载。电子注与电磁波进行能量交换的过程称为注波互作用，简称互作用。与电磁场能量交换后的电子注进入到收集极中，收集极对电子进行减速，回收互作用后的电子的部分能量。
[0004]宽带行波管设计希望在整个频带内的收集极效率尽可能高，多模式行波管希望在多种工作模式下收集极效率尽可能的高，行波管的高效率收集极将有利于降低电源系统的能量供给压力，减少热耗，提高系统可靠性。对于应用到飞机、卫星、导弹等电子设备中的行波管，高效率具有重要价值。
[0005]对于行波管的工作频率变化范围(频带)较小时，电子注与不同频率的电磁场信号的互作用差异较小，互作用后的电子的能量分布相近，故对于窄带行波管，可以利用单频点的互作用后电子接口对收集极进行设计，这样设计的收集极可以在窄带行波管整个工作频带之内获得较高效率。但是对于宽带行波管来说，由于工作频率相差很大，互作用后的电子接口状态差异很大，利用单频点下的互作用后电子接口设计的收集极不能保证宽带行波管在整个工作带宽内都具有较好的性能。同理，对于多模式行波管，由于不同模式的电子注电流不同，不同模式下的互作用后电子接口状态同样存在很大差异，设计兼容多个差异较大电子接口的高效率收集极在实际工程中具有很大困难，设计的时间成本很高，器件性能的提高受到限制。
[0006]对于互作用后电子注能量分布差异较大的行波管，收集极设计的主要难点在于：使用单一电子接口设计收集极只能保证收集极在单一电子接口下的性能最优，其他电子接口下的收集极性能有可能很差。存在多个电子接口的最佳收集极状态各不相同，难以确定能够兼容多种电子接口的最优的收集极。
[0007]现有的宽带行波管和多模式行波管收集极设计主要依靠工程师手动反复优化调试，耗费大量的时间且严重依赖于设计经验；设计师需要在多个电子接口情况下，分别设计收集极到最优，然后在各接口对应的最优收集极之间进行设计参数优化，性能参数折中。这种方法受限于设计者个人经验和水平，无法判断设计的收集极结果是否达到了工程可实现
的最优点；设计效率低下，设计难度大，导致设计结果性能不够理想。因此缺乏一种快速高效的设计方法设计高效率的宽带行波管收集极和多模式行波管收集极。

技术实现思路

[0008]针对上述存在问题或不足，为解决现有宽带行波管和多模式行波管中兼容多种电子接口状态的高效率收集极设计的难点。本专利技术提供了一种宽频带行波管和多模式行波管的高效率收集极设计方法。该方法基于对互作用后多个电子接口的快速分析，计算出理论最优的收集极电压分配、收集极效率和回流。然后参考理论最优电压分配和选择的电子接口对收集极进行结构设计。实现高兼容性收集极的快速设计和收集极性能的提升。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0010]一种宽频带行波管和多模式行波管的高效率收集极设计方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1、获取行波管互作用后的k个电子接口能量分布曲线S
i
(i＝1,2,...,k)，i为电子接口的编号。
[0012]步骤2、给定收集极的级数n，即收集极具有n个电极。
[0013]分别对每个电子接口的能量分布曲线S
i
(i＝1,2,...,k)进行分析，计算得到：每个电子接口的电子注总功率P
i
(i＝1,2,...,k)，每个电子接口的能量分布曲线的拐点电压V
i1
(i＝1,2,...,k)，每个电子接口的能量分布曲线的最大电压V
imax
(i＝1,2,...,k)，以及每个电子接口的总电流值I
max
‑
i
(i＝1,2,...,k)。
[0014]步骤3、令：收集极的所有电子接口的能量分布曲线的最小拐点电压为理论最佳第1级电压V1＝min(V
11
,V
21
,V
31
,...,,V
k1
)，V
k1
表示第k个电子接口对应的能量分布曲线的拐点电压；
[0015]对收集极的n个电极分配电压{V1,V
t2
,...,V
tn
}，V1为常数，下标t代表变量，分配规则：
[0016]根据收集极电源电压波动范围，给定收集极电压扫描步长d，50≤d≤60。计算在该步长下的最大值电压取样点：floor函数为向下取整函数；
[0017]其中V
em
＝min(V
1max
,V
2max
,...,V
k max
)为k个电子接口能量分布曲线中最大电压值的最小值，V
k max
为第k个电子接口的能量分布曲线的最大电压值。
[0018]对{V
t2
,...,V
tn
}在其电压分配范围进行组合遍历扫描，{V
t2
,...,V
tn
}的变化范围如下所示：
[0019]V1+d≤V
t2
≤V
end
‑
(n
‑
2)d；
[0020]V1+2d≤V
t3
≤V
end
‑
(n
‑
3)d；
[0021]……
[0022]V1+(n
‑
1)d≤V
tn
≤V
end
[0023]共扫描计算N次，
[0024]根据每个电子接口的能量分布曲线在相应的电压值{V1,V
t2
,...,V
tn
}处插值计算得到电流值(I
1i
,I
2i
,...,I
ni
)i＝1,2,...,k；i代表电子接口编号，n代表收集极的电极数
量。
[0025]在对电压扫描的每一次计算中，计算得到每个电子接口的当前电压下理论回收功率所有电子接口当前电压下的理论收集极效率为：所有电子接口中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽频带行波管和多模式行波管的高效率收集极设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、获取行波管互作用后的k个电子接口能量分布曲线S
i
(i＝1,2,...,k)，i为电子接口的编号；步骤2、给定收集极的级数n，即收集极具有n个电极；分别对每个电子接口的能量分布曲线S
i
(i＝1,2,...,k)进行分析，计算得到：每个电子接口的电子注总功率P
i
(i＝1,2,...,k)，每个电子接口的能量分布曲线的拐点电压V
i1
(i＝1,2,...,k)，每个电子接口的能量分布曲线的最大电压V
imax
(i＝1,2,...,k)，以及每个电子接口的总电流值I
max
‑
i
(i＝1,2,...,k)；步骤3、令：收集极的所有电子接口的能量分布曲线的最小拐点电压为理论最佳第1级电压V1＝min(V
11
,V
21
,V
31
,...,,V
k1
)，V
k1
表示第k个电子接口对应的能量分布曲线的拐点电压；对收集极的n个电极分配电压{V1,V
t2
,...,V
tn
}，V1为常数，下标t代表变量，分配规则：根据收集极电源电压波动范围，给定收集极电压扫描步长d，50≤d≤60；计算在该步长下的最大值电压取样点：floor函数为向下取整函数；其中V
em
＝min(V
1max
,V
2max
,...,V
kmax
)为k个电子接口能量分布曲线中最大电压值的最小值，V
kmax
为第k个电子接口的能量分布曲线的最大电压值；对{V
t2
,...,V
tn
}在其电压分配范围进行组合遍历扫描，{V
t2
,...,V
tn
}的变化范围如下所示：V1+d≤V
t2
≤V
end
‑
(n
‑
2)d；V1+2d≤V
t3
≤V
end
‑
(n
‑
3)d；
……
V1+(n
‑
1)d≤V
tn
≤V
end
；共扫描计算N次，根据每个电子接口的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小兵，胡权，邓文凯，朱世龙，高鸾凤，胡玉禄，朱小芳，黄桃，李斌，杨中海，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：