基于三維大信號注波互作用模型開發(fā)了空間行波管高頻系統(tǒng)仿真設(shè)計軟件，針對無翼片加載的T 形桿、矩形桿、圓形桿和扇形桿夾持的螺旋線空間行波管，具有計算速度快、副特性預(yù)測精確的優(yōu)點，已應(yīng)用于多種管型的研制中。

　　空間行波管是廣泛應(yīng)用于通信、偵察、導(dǎo)航衛(wèi)星及載人航天、探月工程等微波鏈路的末級功率放大器，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為具有大功率、高效率、長壽命的特點，是航天工程的核心部件。國內(nèi)相關(guān)單位經(jīng)過兩個五年的艱苦攻關(guān)，功率、效率得到了長足的進(jìn)步，基本滿足了用戶的需求，而副特性指標(biāo)距通信、導(dǎo)航和寬帶高速數(shù)傳的要求還有一定距離。針對空間行波管的特點，開發(fā)了“電子所行波管仿真設(shè)計軟件IESTWT”，以實現(xiàn)快速、可靠的綜合指標(biāo)優(yōu)化能力。

1、冷測模型

　　行波管的慢波類型達(dá)到上百種，復(fù)雜的慢波系統(tǒng)需要精確的三維數(shù)值解。空間行波管帶寬較窄，通常采用無翼片的簡單夾持結(jié)構(gòu)，理論解析模型具有快速優(yōu)化的特點。

　　解析螺旋帶模型的難點在于夾持桿的等效方法和螺旋線的寬度和厚度的處理。利用夾持桿的幾何學(xué)等效原理將分立夾持桿等效為分層的介質(zhì)圓筒，并將螺旋帶厚度考慮為一等厚真空層。第i 層的等效介電常數(shù)為:

　　引入拋物線復(fù)數(shù)解非線性方程迭代算法，求得復(fù)傳播常數(shù)kz，從而計算出色散曲線vp =ω/Re(kz) 。

2、大信號互作用模型

　　由信號分析可知，任何連續(xù)的時域信號均可以通過傅里葉展式變換為一系列離散的頻率信號的疊加。在螺旋線緩變慢波結(jié)構(gòu)中，線路場可表示為:

圖1 空間行波管冷測模型界面

4、副特性設(shè)計實例

　　該軟件應(yīng)用于1 ～ 40 GHz 十多種空間行波管的設(shè)計和參考設(shè)計，高頻系統(tǒng)具有計算速度快、副特性預(yù)測精確的優(yōu)點，有效縮短了制管周期和成本。表1 為Ka 波段50 W 空間行波管兩種管型的研制結(jié)果，可見，優(yōu)化后的行波管相移有65° ( 設(shè)計55° ～65°)下降為40° ( 設(shè)計30° ～ 38°)，高速數(shù)傳實驗8PSK 誤比特率降低兩個數(shù)量級，達(dá)到系統(tǒng)要求。

表1 Ka 波段50 W 行波管副特性優(yōu)化

5、結(jié)論

　　通過持續(xù)改進(jìn)，該軟件能夠較精確的計算功率、電子效率、增益和相移特性，完成快速優(yōu)化設(shè)計，初步實現(xiàn)了“一次性”制管成功。后續(xù)工作將在增益波動、群時延、噪聲系數(shù)等副特性指標(biāo)的設(shè)計中給出理論參考依據(jù)和設(shè)計方法。