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1、研究与探讨刘沛蔡娜(航天标准化与产品保证研究院，北京，100071)文摘：通过对空间行波管的工作原理、结构和特性的研究,依据空间应用要求,分析空间行波管的主要技术指标,并对空间行波管未来技术发展进行了展望。关键词：空间行波管;航天元器件;核心部件;技术指标。行波管诞生已有70多年的历史,是通过频输入磁聚焦系统频输出连调制电子束速度来实放大的微波电子件,具有频带宽、增益高、态范围大和噪声特点,主要应用于雷、电子对抗、中继通信、通信、电直播、航、遥感、遥电子枪、遥I电子设备,主要作用是将信号放大。慢波构空间行波管是空间应用的专用管型,是各类应用（螺旋线）航天型号中的
2、部件,主要用于载转发和载合成孔径雷（SAR）发机,作收集极用主要是微波级放大。空间行波管相对于一行波管要求加严,于使用的特图1行波管结构示意图殊性,&UE体积、、电源电压、寿行进的电磁波相速稍快一些,以便和电磁场交换命、效特性。实放大。●慢波构:于电磁波在自空间以光速1空间行波管工作原理及结构播,为使电磁波的相速和电子的速度空间行波管的工作原理:电子束在空间行波基本相同,以使电子和电磁波分交换放管中与慢波电路中的微波场发生相互作用,在长大信号,空间行波管通用螺旋线慢波构,640波长的慢波电路中,电子注连不实电磁波的相速。地把交给微波信号场,使信号放●磁聚焦系统:
3、电子束电子枪出来后要S大。空间行波管的构电子枪、慢波构、过长的慢波构,为防止电子束内部的空间电磁聚焦系统、输入输出装置和收集极。典型的空荷的发散作用,需要用磁聚焦系统来约束电子间行波管构如图1所。束,使顺通过慢波构实放大。●电子枪:的作用是产生一具有所需尺●输入输出装置:被放大信号的入和出寸和电流的电子束,并将加速比慢波构上,见的有两种:波和同轴。一在频较-6-《航天标准化》2014年第4期较小要求带宽较宽时用同轴构,念,在增益比线性增益1dB时所对应的输反之则用波构。出（饱和输出对应的增益压为7dB）。●收集极:用来收集经过慢波构后已发生用P通对空间行波管在工
4、作频带内的饱和作用的电子束的。于电子仍然有很高的输出都会有要求。例如,某Ka波30W空速度,打收集极电极上时将转化为热,间行波管,用P一要求在频带内输出热耗散是收集极设计中的一要题。为了OPo≥30W。高收集效,行波管多用多级压收集极,理2.3效率上收集极用的级数越多,收集极效越高,空间行波管中有两用的效定义:一是但UE以及电源的度题,一电子效:另一是总效。用四五级的收集极。●电子效（ηe）的定义是行波管输出与电子注之比,计算见式（1）,中,Po2空间行波管主要技术指标为行波管输出:Ubeam为电子注电压:Ibeam为2.1工作频率和带宽电子注电流。行波管的工作
5、频范围均指瞬时带宽,在Poηe=（1）所有件都不变,也不做任何调的下,Ubeam×Ibeam满足技术件要求的工作频范围。经用行波但电子效的定义在研究多级压收集极时管的高工作频和工作频之比来说明行会起一些题,为行波管的输出只是电波管的带宽。例如,4GHz~8GHz行波管的带宽子注交给高频场的的一部分,B有一部分为2：1,6GHz~18GHz行波管的带宽为3：1。目被慢波构和输出损耗了。为,进了前国内研制的空间行波管频覆盖L、S、C、线路效ηc和实电子效ηe0的概念,ηe=X、Ku、K、Ka、Q、V波。ηcηe0。电子注收集极入处时具有的在螺旋线行波管中也用几倍频程
6、来说明为Pb（1-ηe0）。中,Pb为电子注的直流行波管的带宽。一n倍频程的行波管的高（Pb于电子注电流乘以电子注加速电压）。工作频和工作频之比为2n：1。例如,一●总效（η）定义为空间行波管输出与4GHz~8GHz行波管以说带宽为1倍频各电极电压电流积总和之比,计算公式如下:程,也以说是2：1:一4GHz~16GHz行波η=Po（2）UhIh+UfIf+ΣUciIci管的带宽则以说是2倍频程,也以说是4：1。i=1,2,3…于特殊的应用需求,一空间行波管的带宽较式（2）中,Uh是螺旋线电压:Ih是态螺窄,大多都在几百兆赫兹,一都是点频工旋线电流:Uf是电子枪热
7、丝的工作电压:If是电作。子枪热丝的电流:Uci是第i级收集极的电压:Ici2.2输出功率是第i级收集极的电流。式（2）中,电压单位输出是空间行波管的一基本特性。为V,电流单位为A。目前,国内研制的空间行于行波管是一宽带件,特是当带宽倍波管的多级压收集极多为4级。频程时,在输出中&然会含一部分谐波航天用P在对效指标的U中通对直流,但谐波是无用的。,在国的国耗和总效进行要求。直流耗指的是电源O标准中明1规定:行波管输出是指基波输出给空间行波管的耗（Psc）,计算见式（3）,。一下,行波管输出指的是饱和中,Uk是行波管工作电压,Ik是阴极电流。输出,也是在输出和输入
8、关系曲Psc=UkIk（
