本發(fā)明屬于空間行波管非線性技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于螺距調(diào)整的空間行波管群時(shí)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(dá)與電子對(duì)抗發(fā)射機(jī)等的末級(jí)功率放大器。隨著我國(guó)航天事業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)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(xiàng)非線性特性會(huì)直接影響衛(wèi)星和航天器的整體性能，其中群時(shí)延影響衛(wèi)星通信的誤碼率、導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間同步精度以及偽測(cè)距精度，這是因?yàn)樾胁ü苁且粋€(gè)復(fù)雜的色散系統(tǒng)，其非線性注波互作用過程會(huì)產(chǎn)生不同頻率信號(hào)相位不一致的群時(shí)延現(xiàn)象。但是目前現(xiàn)有技術(shù)行波管群時(shí)延的抑制研究仍是一片空白，其產(chǎn)生機(jī)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(shí)延的抑制方法。其中群時(shí)延的定義式為：

其中，τ是群時(shí)延，φ是場(chǎng)相位，f是頻率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述存在問題或不足，在保證整個(gè)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)明提供了一種基于螺距調(diào)整的空間行波管群時(shí)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(shí)延抑制方案，具體如下：

步驟1、運(yùn)用微波管模擬套裝(mtss)對(duì)空間行波管進(jìn)行仿真，得出其初始的輸出功率和群時(shí)延；

步驟2、逐漸增大互作用第一段的初始螺距值pitch(p0)，每次0.001mm≤δpitch≤0.1mm遞增；p0遞增至互作用第一段相對(duì)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))，記錄每次螺距遞增得到的功率、互作用第一段相對(duì)相位角以及群時(shí)延；

步驟3、挑選出步驟2記錄的群時(shí)延最小的點(diǎn)，最后記錄該螺距p0下的輸出功率和群時(shí)延。

螺旋線行波管的螺距p0應(yīng)根據(jù)不同的頻段進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(gè)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(jì)算對(duì)螺距進(jìn)行仿真，通過增大螺距p0可以改變色散曲線的相速且對(duì)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(shí)當(dāng)互作用第一段相對(duì)相位角(相對(duì)相位角是場(chǎng)增加方向與場(chǎng)方向夾角的物理量，表征場(chǎng)增加的快慢，可以直接在mtss軟件中獲得)在[-40deg,-60deg]時(shí)，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(shí)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螺距優(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(jìn)而大大改善電子注的群聚狀態(tài)，優(yōu)化后群時(shí)延得到明顯抑制，其波動(dòng)幅度和波動(dòng)周期明顯減小。主要針對(duì)用于通信的空間行波管。

本發(fā)明是通過調(diào)節(jié)互作用第一段螺距p0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(duì)相位角在-50度左右，這樣以犧牲少量輸出功率為代價(jià)，使得群時(shí)延被大大抑制，其波動(dòng)周期大大減少，波動(dòng)幅度大大降低。

綜上所述，本發(fā)明在保證整個(gè)頻帶范圍內(nèi)輸出功率滿足用戶指標(biāo)的前提下(>150w)，群時(shí)延得到明顯抑制，其波動(dòng)幅度和波動(dòng)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(shí)延曲線；

圖5是螺距p0優(yōu)化前后，相對(duì)相位角隨軸分布曲線對(duì)比圖；

圖6是螺距p0優(yōu)化前后，功率掃描分布曲線對(duì)比圖；

圖7是螺距p0優(yōu)化前后，群時(shí)延掃描分布曲線對(duì)比圖。

具體實(shí)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(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

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

(1)運(yùn)用mtss三維計(jì)算該空間行波管進(jìn)行仿真，得出其初始的輸出功率和群時(shí)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(shí)延，如圖3和圖4。其中初始群時(shí)延為0.512ns。

(2)增大螺距(pitch)，具體為把螺距從0.45mm增大到0.505mm。

利用mtss軟件的三維計(jì)算對(duì)互作用第一段螺距p0進(jìn)行掃描優(yōu)化。以δpitch＝0.01mm逐次增加螺距p0，發(fā)現(xiàn)互作用第一段螺距p0＝0.505mm時(shí)，互作用第一段的相對(duì)相位角為-42度(見圖5)，頻帶范圍內(nèi)最小飽和輸出功率為175w(>150w的用戶指標(biāo))(見圖6)。增大螺距p0不但對(duì)輸出功率的影響不大，而且使得群時(shí)延由0.512ns降到0.265ns，即群時(shí)延抑制量為0.247ns，群時(shí)延的波動(dòng)周期由7個(gè)降低為0個(gè)，群時(shí)延曲線近似為直線段(見圖7)。

綜上所述，本實(shí)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(shí)延抑制方案，即把互作用第一段螺距p0從0.45mm增大到0.505mm。由此可見，本發(fā)明可以有效的抑制群時(shí)延失真，群時(shí)延的平均值得到降低的同時(shí)，群時(shí)延的波動(dòng)周期和波動(dòng)幅度也大幅減小。但從實(shí)施例中可以看出，針對(duì)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，螺距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，具體為一種基于螺距調(diào)整的空間行波管群時(shí)延的抑制方法。本發(fā)明是通過調(diào)節(jié)互作用第一段螺距p0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(duì)相位角在?50度左右，這樣以犧牲少量輸出功率為代價(jià)，使得群時(shí)延被大大抑制，其波動(dòng)周期大大減少，波動(dòng)幅度大大降低。綜上所述，本發(fā)明在保證整個(gè)頻帶范圍內(nèi)輸出功率滿足用戶指標(biāo)的前提下(>150W)，群時(shí)延得到明顯抑制，其波動(dòng)幅度和波動(dòng)周期明顯減小，主要針對(duì)用于通信的空間行波管。

技術(shù)研發(fā)人員：邱海艦;胡玉祿;胡權(quán);朱小芳;李斌
受保護(hù)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：2017.07.04