降低空间行波管热子功率的仿真研究.pdf

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1、·研究与设计·降低空间行波管热子功率的仿真研究孟晓君(北京真空电子技术研究所，北京100015)SimulationResearchonReductionofFilament__HeatingPowerofSpace·-TWTsMENGXiao-jun(BeijingVacuumElectronicsResearchInstitute，Beijing100015，China)Abstract：Inthispaper，thestructureofthecathodeheat—screeningpartofas

2、pacetravelingwavetubeisstudiedwithheatanalysismoduleofAnsyscodetoreducethefilament-heatingpower．Thenanimprovedstructureisputforwardunderaconsistentcathodesurfacedimension，cathodesurfacetempera—tureandmountingrequirementconditions，andthemechanicstrengthofim

3、provedparthasalsobeenana—lyzedusingAbaquscodetoensurespaceappliance．Thesimulationresultshowsthattheheatpowerisre—ducedfrom4．4WtO2．5W．Keywords：Spacetravelingwavetube，Filament—heatingpower，Reduction，Simulation摘要：本文用Ansys热分析技术研究了某一空间行波管电子枪的阴极热屏组件中影响热子功率的诸多因素，

4、提出了结构改进措施，并用Abaqus力学分析技术对新结构进行了抗力学环境能力分析。在未改变阴极面尺寸、阴极面温度以及可直接安装到原组件位置的前提下，新结构可将热子功率从4．4w降低到2．5W，预热时间和抗力学环境能力亦可满足要求。关键词：空间行波管；热子功率；降低；仿真中图分类号：TNI24文献标识码：A文章编号：1002-8935(2014)01一O037一O3效率是空间行波管的一个重要参数，也是空间子功率则能提高1．7(按15w输出功率、5O9／6效行波管不同于普通行波管的主要特征，获得高效率率计算)的

5、效率。因此，对于6O以上高效率的中一直是空间行波管的一项关键技术。管子的效率为功率空间行波管和15w以下的小功率空间行波管输出功率与总功耗之比，总功耗为输出功率与热功而言，降低热子功率是必须考虑的关键技术。耗之和，因此降低热功耗是提升空间行波管效率的对于特定负荷的热阴极而言，阴极表面的工作一条主要技术途径。温度是一定的，热子功率取决于阴极热屏组件的热空间行波管的热功耗主要由收集极、管体、输能屏蔽能力。目前国内空间行波管水平尚处于初级阶系统和热子所产生的热耗组成。降低热功耗传统上段，阴极热屏组件一般直接借用了

6、普通行波管的，热从降低收集极热耗、管体热耗和输能系统热耗入手，子功率明显偏高；反观国外的空间行波管，其热子功由于热子功率一般只有几瓦，对效率影响不大而往率一般为2．5w和4w的标准值，两者的对比见表往导致设计师不重视对其降低措施的研究。但是，1，水平差距非常明显。因此降低热子功率也是国内当面对5Ow级中功率管子的效率需要达到6O％时空间行波管进一步发展所必须要解决的问题。此或者15w级小功率管子的效率提升至5O％以上外，降低热子功率一般还会带来一些附加好处，热子时，热子功率的降低对效率的提升变得比较关键。温

7、度的降低减缓了热子的电蚀速度和减轻了热子组对于前者，原传统措施往往已经深度挖掘，即使提升件的内部热应力，提高了热子的通断寿命和使用寿效率的一个百分点也将变得极其困难，但此时降低命，对空间行波管而言，这些与热子直接相关的可靠1w的热子功率就能提高0．7％(按50w输出功性指标也是非常重要的。率、6O9／5效率计算)的效率；对于后者，降低1w热!璺二鱼团表1国内外空间行波管热子功率典型水平对比图1电子枪热模型图2原阴极热屏组件结构及热分布1研究内容首先对某已进行阴极温度实验的空问行波管电子枪建立Ansys热模型

8、，仿真不同热子功率加载下的稳态热分布，将仿真结果与实验值进行对比，由此芝越赠可验证热模型及其参数设置的正确性；以该热模型臻及建模参数为基础，仿真阴极热屏组件主要零件尺墨寸及形状的变化对阴极表面温度的影响，找出降低热子功率的有效措施，并对这些措施进行综合分析和折中选择，进而完成阴极热屏组件结构的改进。这个改进过程的前提是：①不改变阴极面物理尺寸图3电子枪仿真结果与实验结果比较和表面温度；②加工和制造工艺、预热时间以