本發(fā)明屬于空間行波管非線性技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于夾持桿調(diào)整的空間行波管群時延的抑制方法。

背景技術(shù)：

空間行波管(space-bornetwt)是廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星和航天器的轉(zhuǎn)發(fā)器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、雷達與電子對抗發(fā)射機等的末級功率放大器。隨著我國航天事業(yè)的飛速發(fā)展，對空間行波管放大器的研制和生產(chǎn)提出了非常迫切的需求。

然而空間行波管放大器中的各項非線性特性會直接影響衛(wèi)星和航天器的整體性能，其中群時延影響衛(wèi)星通信的誤碼率、導(dǎo)航系統(tǒng)的時間同步精度以及偽測距精度，這是因為行波管是一個復(fù)雜的色散系統(tǒng)，其非線性注波互作用過程會產(chǎn)生不同頻率信號相位不一致的群時延現(xiàn)象。但是現(xiàn)有技術(shù)中行波管群時延的抑制研究仍是一片空白，其產(chǎn)生機理和抑制方法是亟待解決的問題。因此非常有必要研究行波管中群時延的抑制方法。其中群時延的定義式為：

其中，τ是群時延，φ是場相位，f是頻率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述存在問題或不足，在保證整個頻率帶寬范圍內(nèi)輸出功率大于用戶指標(biāo)的前提下，本發(fā)明提供了一種基于夾持桿調(diào)整的空間行波管群時延的抑制方法。

本發(fā)明在保證功率滿足用戶指標(biāo)的前提下，提出一種群時延抑制方案，具體如下：

步驟1、運用微波管模擬套裝(mtss)對空間行波管進行仿真，得出其初始的輸出功率和群時延；

步驟2、逐漸減小互作用第一段的矩形夾持桿寬度n，每次以0.001mm≤δn≤0.1mm遞減，n遞減至當(dāng)互作用第一段相對相位角在[-40deg,-60deg]之間，并在滿足飽和輸出功率大于150w(用戶指標(biāo))時，記錄每次n遞減后得到的功率、互作用第一段相對相位角以及群時延；

步驟3、挑選出步驟2記錄的群時延最小的點，最后記錄該夾持桿寬度n下的輸出功率和群時延。

螺旋線行波管的矩形夾持桿寬度n應(yīng)根據(jù)不同的頻段進行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計，只要不超出最低功率要求和工藝水平即可。

本發(fā)明在保證整個頻帶范圍內(nèi)輸出功率滿足用戶指標(biāo)的前提下(>150w)，利用mtss三維計算對夾持桿寬度n進行仿真，通過減小夾持桿寬度n以改變色散曲線的相速且對色散平坦度幾乎沒有影響，使得電磁波的相速與電子的速度更加接近，這樣便縮小了電磁波與電子注的同步偏差(速度差)。同時當(dāng)互作用第一段相對相位角(相對相位角是場增加方向與場方向夾角的物理量，表征場增加的快慢，可以直接在mtss軟件中獲得)在[-40deg,-60deg]時，電子注受到電磁波較溫和的速度調(diào)制和密度調(diào)制，此時將形成群聚狀態(tài)更佳的電子注，電子注的非線性特性也將明顯好于夾持桿寬度優(yōu)化前的電子注。通過這種方法改善了電磁波與電子注的同步程度，進而大大改善電子注的群聚狀態(tài)，優(yōu)化后群時延得到明顯抑制，其波動幅度和波動周期明顯減小。本發(fā)明主要針對用于通信的空間行波管。

本發(fā)明是通過調(diào)節(jié)互作用第一段矩形夾持桿寬度n來控制電子注與電磁波的同步偏差，使得互作用第一段相對相位角在-50度左右，這樣以犧牲少量輸出功率為代價，使得群時延被大大抑制，其波動周期大大減少，波動幅度大大降低。

綜上所述，本發(fā)明在保證整個頻帶范圍內(nèi)輸出功率滿足用戶指標(biāo)的前提下(>150w)，群時延得到明顯抑制，其波動幅度和波動周期明顯減小。

附圖說明

圖1是無翼片矩形夾持桿高頻結(jié)構(gòu)圖；

圖2是正跳變負(fù)漸變的互作用螺距分布圖；

圖3是輸出功率隨軸分布圖；

圖4是初始群時延曲線；

圖5是n優(yōu)化前后，相對相位角隨軸分布曲線對比圖；

圖6是矩形夾持桿寬度n優(yōu)化前后，功率掃描分布曲線對比圖；

圖7是矩形夾持桿寬度n優(yōu)化前后，群時延掃描分布曲線對比圖。

具體實施方式

下面以頻率范圍為11ghz-11.5ghz的ku波段螺旋線行波管為例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)說明。

針對11ghz-11.5ghz的ku波段帶螺旋線行波管，對該空間行波管進行群時延抑制仿真，首先規(guī)定用戶指標(biāo)要求整個頻率范圍內(nèi)的最小輸出功率大于150w。

步驟1、運用mtss三維計算該空間行波管進行仿真，得出其初始的輸出功率和群時延；

如圖1和圖2所示，采用ku波段帶螺旋線行波管，其高頻結(jié)構(gòu)采用無翼片矩形夾持桿，互作用結(jié)構(gòu)采用正跳變負(fù)漸變螺距分布。在mtss中可以直接得到該空間行波管的初始輸出功率和群時延，如圖3和圖4。其中初始群時延為0.512ns。

步驟2、減小夾持桿寬度(n)，具體為把夾持桿寬度n從0.23mm減小到0.06mm。

利用mtss軟件的三維計算對互作用第一段減小夾持桿寬度n進行掃描優(yōu)化。以δn＝0.01mm逐次減小夾持桿寬度n，發(fā)現(xiàn)互作用第一段夾持桿寬度n＝0.06mm時，互作用第一段的相對相位角為-50度(見圖5)，頻帶范圍內(nèi)最小飽和輸出功率為158w(>150w的用戶指標(biāo))(見圖6)。減小夾持桿寬度n不但對輸出功率的影響不大，而且使得群時延由0.512ns降到0.26ns，即群時延抑制量為0.252ns，群時延的波動周期由7個降低為0個，群時延曲線近似為直線段(見圖7)。

綜上所述，本實施例以一支11ghz-11.5ghz螺旋線行波管為例，在保證功率滿足用戶指標(biāo)的前提下，提出群時延抑制方案，即把互作用第一段夾持桿寬度n從0.23mm減小到0.06mm。由此可見本發(fā)明方案可以有效的抑制群時延失真，群時延的平均值得到降低的同時，群時延的波動周期和波動幅度也大幅減小。但從實施例中可以看出，針對不同頻段的螺旋線行波管，只要在保證用戶指標(biāo)滿足要求的前提下，夾持桿寬度n的具體尺寸能夠在本發(fā)明方案的基礎(chǔ)上通過優(yōu)化得到。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于空間行波管非線性技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于夾持桿調(diào)整的空間行波管群時延的抑制方法。本發(fā)明是通過調(diào)節(jié)互作用第一段矩形夾持桿寬度n來控制電子注與電磁波的同步偏差，使得互作用第一段相對相位角在?50度左右，這樣以犧牲少量輸出功率為代價，使得群時延被大大抑制，其波動周期大大減少，波動幅度大大降低。本發(fā)明在保證整個頻帶范圍內(nèi)輸出功率滿足用戶指標(biāo)的前提下(>150W)，群時延得到明顯抑制，其波動幅度和波動周期明顯減小,主要針對用于通信的空間行波管。

技術(shù)研發(fā)人員：胡玉祿;邱海艦;胡權(quán);朱小芳;楊中海;李斌
受保護的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2016.11.24
技術(shù)公布日：2017.08.18