本文用Ansys熱分析技術研究了某一空間行波管電子槍的陰極熱屏組件中影響熱子功率的諸多因素，提出了結構改進措施，并用Abaqus力學分析技術對新結構進行了抗力學環境能力分析。在未改變陰極面尺寸、陰極面溫度以及可直接安裝到原組件位置的前提下，新結構可將熱子功率從4.4W 降低到2.5W，預熱時間和抗力學環境能力亦可滿足要求。

　　效率是空間行波管的一個重要參數，也是空間行波管不同于普通行波管的主要特征，獲得高效率一直是空間行波管的一項關鍵技術。管子的效率為輸出功率與總功耗之比，總功耗為輸出功率與熱功耗之和，因此降低熱功耗是提升空間行波管效率的一條主要技術途徑。

　　空間行波管的熱功耗主要由收集極、管體、輸能系統和熱子所產生的熱耗組成。降低熱功耗傳統上從降低收集極熱耗、管體熱耗和輸能系統熱耗入手，由于熱子功率一般只有幾瓦，對效率影響不大而往往導致設計師不重視對其降低措施的研究。但是，當面對50W 級中功率管子的效率需要達到60%時或者15W 級小功率管子的效率提升至50%以上時，熱子功率的降低對效率的提升變得比較關鍵。對于前者，原傳統措施往往已經深度挖掘，即使提升效率的一個百分點也將變得極其困難，但此時降低1W 的熱子功率就能提高0.7%(按50 W 輸出功率、60%效率計算)的效率;對于后者，降低1W 熱子功率則能提高1.7%(按15W 輸出功率、50%效率計算)的效率。因此，對于60%以上高效率的中功率空間行波管和15W 以下的小功率空間行波管而言，降低熱子功率是必須考慮的關鍵技術。

　　對于特定負荷的熱陰極而言，陰極表面的工作溫度是一定的，熱子功率取決于陰極熱屏組件的熱屏蔽能力。目前國內空間行波管水平尚處于初級階段，陰極熱屏組件一般直接借用了普通行波管的，熱子功率明顯偏高;反觀國外的空間行波管，其熱子功率一般為2.5W 和4W 的標準值，兩者的對比見表1，水平差距非常明顯。因此降低熱子功率也是國內空間行波管進一步發展所必須要解決的問題。此外，降低熱子功率一般還會帶來一些附加好處，熱子溫度的降低減緩了熱子的電蝕速度和減輕了熱子組件的內部熱應力，提高了熱子的通斷壽命和使用壽命，對空間行波管而言，這些與熱子直接相關的可靠性指標也是非常重要的。

表1　國內外空間行波管熱子功率典型水平對比

1、研究內容

　　首先對某已進行陰極溫度實驗的空間行波管電子槍建立Ansys熱模型，仿真不同熱子功率加載下的穩態熱分布，將仿真結果與實驗值進行對比，由此可驗證熱模型及其參數設置的正確性;以該熱模型及建模參數為基礎，仿真陰極熱屏組件主要零件尺寸及形狀的變化對陰極表面溫度的影響，找出降低熱子功率的有效措施，并對這些措施進行綜合分析和折中選擇，進而完成陰極熱屏組件結構的改進。這個改進過程的前提是：

　　①不改變陰極面物理尺寸和表面溫度;

　　②加工和制造工藝、預熱時間以及抗力學環境能力滿足要求;

　　③改進結構可以直接安裝到原結構位置上。

　　為了保證結構的改進不會影響陰極熱屏組件的抗力學環境能力，還需要建立改進結構的力學分析模型并進行模態、應力和位移的仿真計算，證明改進結構符合抗力學環境要求。

　　上述改進過程具有普遍意義，實際給出了從普通行波管陰極熱屏組件技術向空間行波管陰極熱屏組件技術跨越的完整解決途徑。

5、結論

　　本文利用Ansys熱仿真和Abaqus力學仿真技術對某空間行波管的電子槍陰極熱屏組件結構進行了改進，在未改變陰極面物理尺寸和表面溫度、加工和制造工藝允許、預熱時間和抗力學環境能力滿足要求、以及改進結構可直接安裝替換的前提下，綜合采取提高熱屏能力的措施，將熱子功率從4.4W 降到2.5W，節約功耗1.9W，直接將原管子的效率提高了1%以上，陰極熱屏組件的水平基本達到了國外空間行波管的水平。

　　由于加工周期的關系，本文成文時改進陰極熱屏組件的溫度實驗還未進行，因此最終的改進效果還有待于驗證。但從原結構仿真與原結構溫度實驗結果的符合程度看，改進結構的數據是可信的。