本文論述了雷達(dá)用X波段脈沖MPM的小型化行波管的設(shè)計(jì)和制備及測(cè)試情況，并簡(jiǎn)單介紹了應(yīng)用情況。

　　微波功率模塊(簡(jiǎn)稱MPM)是一個(gè)高度集成的放大器，由固態(tài)放大器(SSA)、小型化行波管(Mini-TWT)和集成電源(IEPC)三大部件構(gòu)成，與傳統(tǒng)行波管放大器相比，具有尺寸小、重量輕、效率高、大信噪比的特點(diǎn)。MPM 在眾多軍事領(lǐng)域得到應(yīng)用，其中，雷達(dá)用X波段脈沖MPM 是下一代有源相控陣?yán)走_(dá)、精確制導(dǎo)系統(tǒng)等的關(guān)鍵大功率器件。小型化行波管作為雷達(dá)用脈沖MPM 的核心關(guān)鍵部件，其實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)和重點(diǎn)是小型化和高效率設(shè)計(jì)。因此，在整個(gè)雷達(dá)用脈沖MPM 中，小型化行波管也是實(shí)現(xiàn)其總體性能的關(guān)鍵。

　　Mini-TWT要求的主要技術(shù)指標(biāo)：工作頻段為X 波段，脈沖功率500 W，帶寬2 GHz，工作比20%，效率ηTWT>35%，陰極電壓小于7800V，Mini-TWT體積小于220mm×35mm×25mm。

1、小型化行波管的關(guān)鍵技術(shù)及解決途徑

　　高效率是本行波管設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。如果互作用效率低，當(dāng)電壓不變的情況下，獲得相同的射頻輸出功率就得增大工作電流，增大電流就會(huì)增大熱功耗，給已經(jīng)很重的熱功耗增大壓力。并且增大電流會(huì)增加無(wú)截獲柵控電子槍的柵極保護(hù)難度，高導(dǎo)流系數(shù)的無(wú)截獲柵控電子槍的軌跡質(zhì)量難以保證，這會(huì)影響管子的聚焦流通率。同時(shí)，高的互作用效率意味著管子工作需要的直流功率較小，產(chǎn)生的無(wú)用熱量也將大幅度降低，從而大幅度降低行波管的功耗。行波管散熱壓力大幅下降，這樣就對(duì)行波管的可靠性及其長(zhǎng)壽命創(chuàng)造了十分有利的條件。

　　為了獲得行波管的高效率，采用高電子注填充比來(lái)提高電子效率和采用多級(jí)降壓收集極來(lái)回收互作用完的電子的能量。需要說(shuō)明的是，用戶單位在考核脈沖行波管效率時(shí)，總功率包含了脈沖行波管脈沖間隙時(shí)的功率。這樣，工作比不同時(shí)，效率比較的意義不是太大。

2、小型化行波管各部件的設(shè)計(jì)與仿真計(jì)算

　　行波管設(shè)計(jì)采用無(wú)截獲柵控電子槍、周期永磁(PPM)聚焦結(jié)構(gòu)、同軸SMA輸入、同軸TNC輸出結(jié)構(gòu)和三級(jí)降壓收集極。

　　2.1、無(wú)截獲柵控電子槍的小型化設(shè)計(jì)

　　電子槍的導(dǎo)流系數(shù)為0.63μP，電子注最小半徑約0.61mm，選用陰極直徑Φ4mm，面積壓縮比M2≈10.9，有很好的軌跡質(zhì)量。圖1是用Opera3D計(jì)算的柵控電子槍的仿真結(jié)果，電子槍的外徑為15.4mm。

圖1　電子槍CAD仿真結(jié)果

5、結(jié)束語(yǔ)

　　小型化行波管的研制成功，為雷達(dá)用脈沖MPM 的完成提供了核心關(guān)鍵部件，使國(guó)內(nèi)第一次實(shí)現(xiàn)脈沖MPM，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)技術(shù)空白。脈沖MPM作為發(fā)射組件，又是機(jī)載火控雷達(dá)的關(guān)鍵組件，可以直接裝備下一代戰(zhàn)機(jī)。此外，脈沖MPM 應(yīng)用于雷達(dá)，將使雷達(dá)的造價(jià)大幅度降低，對(duì)國(guó)防建設(shè)極為有利。

　　雷達(dá)用脈沖MPM 的小型化行波管具有如下特點(diǎn)：①采用無(wú)截獲柵控電子槍，柵控電壓和陰極電壓低(陰極電壓低于7500V時(shí)，電源容易實(shí)現(xiàn);②行波管尺寸小、重量輕，行波管整體尺寸為170mm×35mm×25mm，最后收集極處加散熱包裝高度不超過(guò)25mm，整個(gè)行波管小于500g。目前，小型化行波管的衍生產(chǎn)品已經(jīng)被某整機(jī)單位選用。