行波管热及振动模拟研究分析

　　行波管工作在非常恶劣的环境下，对结构可靠性具有很高的要求。工作过程中产生的高温易导致各个部件变形，同时承受各种机械冲击和振动应力的作用，高温下的振动引起的应力和变形影响更加恶劣，从而影响行波管的各项性能指标和工作寿命，在热特性分析的基础上进行振动分析，可以获得工作状态下真实的振动特性，为产品的结构优化设计，提高产品的可靠性提供技术支持。本文调研分析了国内外学者及科研机构对行波管结构热与动力学特性分析的研究方法和研究情况，并结合电子五所的研究成果提出了行波管可靠性研究的进一步研究重点。

　　行波管作为唯一能在倍频程范围内提高功率输出的微波电真空器件，具有功率大、频带宽、效率高和可多种模式工作等良好特性，在雷达、通讯、精确制导等领域有着很好的应用前景。近年来，随着雷达、通讯和电子对抗系统的发展，对行波管的功率、频带和带宽特性的要求越来越高，而影响行波管进一步提高功率等性能的一个重要因素是行波管的热传导能力，因此需要对行波管进行热分析，根据温度分布结果提出改善措施，优化相关设计参数和材料性能，保证行波管工作在一个合理的温度范围。为了减少相关组件的热变形对电性能参数的影响需要进行热力耦合分析。此外行波管在使用过程中要承受各种机械冲击和振动应力的作用，因此行波管必须进行振动分析以满足各种机械环境应力的考核，保证在规定的应力环境下正常工作。行波管热分析在行波管设计阶段，对行波管的热特性进行模拟仿真，获得其温度分布图，以评价其工作可靠性，即在保证行波管电学性能的前提下进行必要的热设计，可使得行波管具有更好的热特性和散热性能，提高行波管的可靠性与稳定性。行波管的结构比较复杂，用传统的热解析法求解其温度分布和热形变很难，早期计算机的数据处理能力有限以及有限元理论方法不完善，因此模拟热分析工作开展较少。

　　近年来使用热模拟仿真技术开展行波管热可靠性评价及优化设计主要体现在几个方面，材料、结构及接触热阻等优化设计以提高热特性。对电子枪关键部件(热屏筒、支撑筒)的材料、结构的改进可以明显提高加热效率及快热性能，如对热屏筒材料及厚度的改进，得到采用不同材料(钽、钼铼合金、钼)热屏筒的阴极组件的温度分布情况，重点考察了阴极底面和钼筒温度随厚度变化曲线如图1所示。由图1可知在材料方面采用钽材料的热屏蔽筒优势最明显，此时的阴极温度高，热屏筒温度低，温差也最大，热量散失最小，能量利用率高。