CN109712854A - 一种空间行波管的抑制群时延失真螺旋线及设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于空间行波管非线性技术领域，涉及一种空间行波管的抑制群时延失真螺旋线及设计方法。本发明通过将输入螺旋线初始端的一段改变为正渐变螺线段，从而对群时延失真产生抑制作用；之后通过延长输出螺旋线第一段均匀螺线段长度的方式，在保证群时延失真抑制效果的情况下提高增益，从而使在保证整个频带内的增益不损失的情况下，对群时延失真进行抑制。本发明提供的抑制群时延失真螺旋线，对现有空间行波管群时延失真抑制提供了一种新的途径，并对整个空间行波管做了增益的优化。

Description

一种空间行波管的抑制群时延失真螺旋线及设计方法
技术领域
本发明属于空间行波管非线性技术领域，涉及一种空间行波管的抑制群时延失真螺旋线及设计方法。
背景技术
作为应用于各类卫星、航天器、雷达和电子对抗系统的核心部件，空间行波管的研制一直都深受国内外的重视。随着我国航天事业的高速发展，对空间行波管的数量提出了非常迫切的需求；同时由于其工作环境的特殊性，对性能的要求也越来越高。
然而空间行波管并不是线性放大器，其非线性工作过程将会导致出现各项非线性特性，从而对卫星系统和雷达系统产生负面影响。其中群时延失真将会严重影响信号的传输时延，使系统的误码率大大增加，从而对导航系统的时间同步精度和伪测距精度产生影响。群时延失真的产生主要是因为行波管的慢波电路是一个复杂的色散系统，这将导致不同频率下的信号在系统中的相速不同，从而产生传播时间差。但是现有技术中对群时延失真的抑制研究寥寥无几，仅有的一些抑制方法的研究也会对行波管的增益产生负面影响，因此非常有必要对群时延失真特性展开更为深入的研究。
发明内容
针对上述存在问题或不足，为解决现有空间行波管群时延失真抑制时对行波管的增益产生负面影响的问题，本发明提供了一种空间行波管的抑制群时延失真螺旋线及设计方法。在保证整个频率带宽范围内增益基本不变的前提下，抑制空间行波管中的群时延失真。
一种空间行波管的抑制群时延失真螺旋线，包括输入螺旋线和输出螺旋线。
输入螺旋线和输出螺旋线之间用切断隔开，在切断两边加入衰减器来抑制反射。
所述输入螺旋线包括一段均匀螺线段和一段正渐变螺线段；正渐变螺线段为输入螺旋线的初始端，均匀螺线段为输入螺旋线的末端；正渐变螺线段的初始螺距值取均匀螺线段螺距值的60％-70％，长度取输入螺旋线长度的20％-30％，其渐变结束端的螺距值与均匀螺线段的螺距值相同。
所述输出螺旋线分为四段，从靠近输入螺旋线侧开始依次为：第一段均匀螺线段、第一段渐变螺线段、第二段渐变螺线段和第二段均匀螺线段。
其设计方法如下：
步骤1、将目标空间行波管的输入螺旋线分为均匀螺线段和正渐变螺线段两段，正渐变螺线段为输入螺旋线的初始端，均匀螺线段为输入螺旋线的末端；正渐变螺线段的初始螺距值取均匀螺线段螺距值的60％-70％，长度取输入螺旋线长度的20％-30％。
步骤2、在目标空间行波管的输出螺旋线的第一段均匀螺线段，增加其长度。经由引入的正渐变结构所引起的增益损失可以通过增加输出段的第一段均匀螺线段的长度的方式显著补偿，而且该补偿方式对群时延失真影响较小，增加的长度为目标空间行波管输入螺旋线长度的20％-30％。
本发明提出了一种空间行波管的抑制群时延失真螺旋线及设计方法。通过将输入螺旋线初始端的一段改变为正渐变螺线段，从而对群时延失真产生抑制作用；之后通过延长输出螺旋线第一段均匀螺线段长度的方式，在保证群时延失真抑制效果的情况下提高增益，从而使在保证整个频带内的增益不损失的情况下，对群时延失真进行抑制。
综上所述，本发明提供的抑制群时延失真螺旋线，对现有空间行波管群时延失真抑制提供了一种新的途径，并对整个空间行波管做了增益的优化。
附图说明
图1是实施例无翼片品形夹持杆高频结构示意图；
图2是采用动态相速渐变技术设计的初始互作用螺距分布示意图；
图3是初始结构下对频率进行扫描时的增益和群时延失真分布图；
图4是优化结束后的互作用螺距分布示意图；
图5是优化结束后对频率进行扫描时的增益和群时延失真分布图；
图6是优化前后的增益扫描分布曲线对比图；
图7是优化前后的群时延失真分布曲线对比图。
具体实施方式
以工作频带为1.535-1.605GHz的L波段空间行波管为例，结合附图来对本发明做进一步的说明。该行波管输入螺旋线的总长度为164mm其只有一段均匀螺线段，其均匀螺距值为1.2mm。
(1)对该行波管进行模拟仿真。
如图1，该行波管采用无翼片品形夹持杆。在对图1的高频电路进行求解之后，依据得到的高频特性，参照图2的互作用分布示意图对该行波管进行仿真计算，得到初始结构下的增益和群时延失真，如图3所示。其中初始结构下频带内的增益为55.33-55.49dB，初始群时延失真为1.36ns。
(2)确定加入的渐变段的初始螺距和长度。
保持输入螺旋线的长度不变，从输入螺旋线的初始端开始，将其一段改变为正渐变螺线段，渐变的长度选取为输入螺旋线的25％，渐变段的起始螺距值取输入均匀螺线段螺距值的65％。并最终优化后，取长度为45mm，渐变初始螺距值为0.8mm。加入正渐变后互作用螺距分布示意图如图4所示。
(3)对损失的增益进行补偿。
通过延长长度的方法，进行增益的补偿。增加输出螺旋线的第一段均匀螺线段的长度，每次增长1mm，找到最佳的增益和群时延失真平衡点，即保证增益大于初始增益的情况下，群时延失真的最小值。最终的增加长度为41mm，其带宽内增益和群时延失真如图5所示。增益为52.33-52.55dB，群时延失真为0.9153ns。图6和图7是结构优化前后的增益和群时延失真对比图，表1是结构优化前后各数据的对比。从图中和表中可以看出。在增益没有损失的情况下，群时延失真从1.36ns降低到0.9153ns，降低了0.4447ns，降低幅度约为33％左右。
增益 群时延失真
初始结构下 52.33-52.49dB 1.36ns
加入渐变结构后 52.33-52.55dB 0.9153ns
表1加入结构前后各数据对比
综上所示，本方案以一根L波段的空间行波管为例，通过将输入螺旋线初始端的一段改变为正渐变螺线段，以对群时延失真的抑制产生显著效果。而且从实施例中可以看出，本发明针对不同频段的行波管，只要能够在保证增益基本不变的前提下，加入的渐变段的长度和初始螺距值均能在本方案的基础上通过优化来得到。

Claims (2)

1.一种空间行波管的抑制群时延失真螺旋线，包括输入螺旋线和输出螺旋线，其特征在于：
输入螺旋线和输出螺旋线之间用切断隔开，在切断两边加入衰减器来抑制反射；
所述输入螺旋线包括一段均匀螺线段和一段正渐变螺线段；正渐变螺线段为输入螺旋线的初始端，均匀螺线段为输入螺旋线的末端；正渐变螺线段的初始螺距值取均匀螺线段螺距值的60％-70％，长度取输入螺旋线长度的20％-30％；
所述输出螺旋线分为四段，从靠近输入螺旋线侧开始依次为：第一段均匀螺线段、第一段渐变螺线段、第二段渐变螺线段和第二段均匀螺线段。
2.如权利要求1所述空间行波管的抑制群时延失真螺旋线的设计方法，具体步骤如下：
步骤1、将目标空间行波管的输入螺旋线分为均匀螺线段和正渐变螺线段两段，正渐变螺线段为输入螺旋线的初始端，均匀螺线段为输入螺旋线的末端；正渐变螺线段的初始螺距值取均匀螺线段螺距的60％-70％，长度取输入螺旋线长度的20％-30％；
步骤2、在目标空间行波管的输出螺旋线的第一段均匀螺线段，增加其长度，增加的长度为目标空间行波管输入螺旋线长度的20％-30％。
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