论文总字数：24080字

摘 要

行波管作为功率放大器件，其具有高效率、高增益以及高线性的特性，在军民方面都有着广泛的应用。目前行波管的技术仍在不断发展进步着，但是随着半导体工艺的发展，行波管（Travelling wave tube，TWT）的地位也在受到了固态电子器件的冲击。这就对行波管的技术指标与工作性能的要求更高。本文所研究的空间行波管通常用于卫星系统，作为卫星的末端放大器件。这就对管子的线性度有了很高的要求，为了保证卫星通信过程中信号的传输质量，TWT需要很好的线性度确保信号的不失真。

本文以行波管的聚焦磁场与信号线性度的关联性为重点，研究了磁聚焦磁场与信号线性度的关系。首先对行波管的非线性参量例如相移，群延时以及幅度相位失真等进行理论分析，得出产生这些现象的原因，再找出聚焦磁场可能对这些原因产生影响的地方，并通过软件对行波管的慢波结构进行仿真得出聚焦磁场部分对行波管放大信号过程中信号失真的影响。最后对聚焦磁场部分进行改进，仿真结果表明，利用改进后的磁聚焦系统，整管输出使信号的线性指标得到提升，与改进前的结果相比，在增益得以保持的基础上，线性指标部分群延时提高了4％，AM/PM转换系数提高4.5％。

关键词：PPM永磁聚焦，非线性参量，行波管，MTSS

Abstract

As a power amplifier device, the traveling wave tube has characteristics of high efficiency, high gain, and high linearity, and is widely used in military and civilian fields. At present, the technology of traveling wave tube is still developing and progressing, but with the development of semiconductor technology, the status of Travelling Wave Tube (TWT) is also affected by solid state electronic devices. This requires higher requirements on the technical specifications and working performance of TWTs. The spatial traveling wave tube studied in this paper is usually used in satellite systems as the final amplifying part of the satellite. This has high requirements on the linearity of the tube. In order to ensure the signal transmission quality during satellite communication, TWT needs good linearity to ensure that the signal is not distorted.

This paper focuses on the correlation between the focusing magnetic field of the traveling wave tube and the linearity of the signal, and studies the relationship between the magnetic focusing magnetic field and the linearity of the signal. First of all, theoretical analysis of the nonlinear parameters of the traveling wave tube such as phase shift, group delay and amplitude and phase distortion, etc., to find out the reasons for these phenomena, and then find out where the focused magnetic field may affect these causes and pass the software The slow-wave structure of the traveling wave tube is simulated to obtain the influence of the focused magnetic field on the signal distortion in the process of the amplified wave of the traveling wave tube. Finally, the focusing magnetic field is improved. Simulation results show that using the improved magnetic focusing system, the whole tube output improves the linearity of the signal. Compared with the results before the improvement, the linear index is based on the gain. The group delay increased by 4%, and the AM / PM conversion factor increased by 4.5%.

KEY WORDS: PPM permanent magnet focusing, Nonlinear parameters,TWT,MTSS

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 行波管概述 1

1.2.1 行波管的发展历史 1

1.2.2 行波管的基本结构及原理 2

1.3 研究现状 3

1.4 本文主要研究内容 4

第二章 PPM永磁聚焦系统 5

2.1 PPM聚焦的结构与原理 5

2.1.1 PPM的工作原理 5

2.1.2 PPM中电子注的运动 6

2.2 PPM的聚焦性能 7

2.2.1 PPM聚焦的设计参数 7

2.2.2 空间行波管对PPM系统的要求 7

2.3 本章小结 8

第三章 行波管中的非线性 9

3.1 注波互作用理论 9

3.2 非线性参量 10

3.3 本章小结 10

第四章 仿真与关联性分析 11

4.1 基本参数设计 11

4.1.1 高频电路的建立 11

4.1.2 注波互作用的建立 12

4.2 聚焦磁场特性研究 14

4.3 试验优化设计 16

4.3.1 优化一 18

4.3.2 优化二 20

4.3.3 优化三 21

4.3.4 优化四 24

4.4 实测数据 25

4.4 本章小结 29

第五章 总结与展望 30

5.1 全文总结 30

5.2 展望 30

致谢 31

参考文献 32

绪论

1.1研究背景

目前，由于卫星的广泛应用，对于通信信号的容量需求越来越大，而近些年来主要使用的频段部分为Ka波段，卫星技术的迅猛发展使得我国国内对此波段行波管的需求也日益强烈。与此同时，随着半导体技术的进步，使得固态电子器件再次迎来了高速迅猛发展的时代。新兴的材料以及相关工艺的出现，使固态器件在性能上得到了很大的提升，并在市场上也占据着较大份额，使得行波管行业一度消沉。后来随着深入应用，由于行波管所具有的大功率是电子器件无法比拟的，这又使得其再度得以发展，而目前空间行波管主要应用在于高频波段，对于非线性失真会使得行波管传输通信信号时会造成信号失真，对于通信传输系统的误码率以及通信系统的性能参数都会造成恶劣影响，同时也会使通信信号的质量降低。

目前在行波管中，对慢波电路结构以及低频波段的理论分析优化较多，但对于磁场聚焦部分的优化还有待加强，通过对聚焦磁场汇聚电子束的过程的模拟仿真，找出对非线参量发生作用的部分并进行改善，使行波管能更加高效的工作。在保证行波管产品的技术指标的前提下，改进优化行波管的线性度对于行波管的发展以及更加可靠的应对市场需求具有相当积极的作用。

1.2研究现状

1.2.1 行波管的发展历史

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