UCB速调管调谐方法研究

摘要：速调管是一种电子流速度受调制的微波电子管。在深入研究UCB速调管基本结构、调谐机理的基础上，重点阐述了UCB高功放五腔速调管调谐的方法和步骤。通过实际调谐实例验证了调谐方法的有效性，并提出调谐注意事项。该方法有效解决了高功放频率扩展的难题，使其具备宽频段功率放大的能力，具有很强的实用性和可操作性。
关键词：速调管；调谐；波道；高功效频率

0 引言
速调管因其高功率、高效率等显著特点在雷达发射机中有着广泛的应用。其主要用交变电压去控制等速运动的电子，使其速度发生变化。密度均匀的电子流空间(漂移空间)漂移一段距离后就会群聚起来，形成密度调制的电子流。电子流和高频电场相互作用，达到能量交换的目的。速调管广泛用于微波、卫星通信系统、雷达系统等。
在C频段统一测控系统(简称UCB)中，高功放设备功率的末级放大采用的是五腔速调管。一般情况下，速调管在出厂之前就根据任务要求在预置的频道内进行了调谐。但是，新型航天器的相继研制，任务型号不断扩展，速调管现有参数状态已很难满足高频度任务需求。必须通过对速调管进行快速而精确的调谐。国内关于这方面已经开展了一定的研究。本文认真分析了速调管调谐的原理，在多年岗位实践的基础上研究出UCB速调管调谐的实施方法。

1 速调管原理
1．1 速调管结构
UCB速调管结构主要由电子枪、高频系统、收集极三部分组成。电子枪产生电子注，并能使阴极发射出来的电子聚成细长一束。高频系统实现能量输入输出，进行能量交换，使电子注的一部分能量转化成高频能量。收集极收集电子，高速电子打到收集极上产生大量热量，一般须采用水冷或强迫风冷措施。
速调管采用五个矩形谐振腔分别为输入腔、输出腔和三个中间腔。五个腔的位置如下，第一腔：在最下面靠近阴极端，用来调整中心频率；第五腔：在最上端靠近收集极，用来调整中心频率；第二腔：在第一腔上面，用来调节频率，使其低于中心频率约15～20 MHz；第三腔：在第二腔上面，用来调节频率，使其高于中心频率约15～20 MHz；第四腔：在第三腔上面，通过牺牲增益来增加带宽，用来调到高于中心频率约25～35 MHz。
1．2 速调管调谐机理
速调管由于使用谐振腔作换能元件，其瞬时带宽很窄，为了展宽速调管的工作频率范围，采用机械方式来改变谐振腔的频率，一般改变腔的频率有三种方式。
(1)电感调谐：通过改变腔壁的位置，即改变腔体体积来达到改变频率的目的。
(2)电容调谐：在谐振腔中伸入一细杆，端头固定一金属片，通过改变金属片的位置来改变间隙电容，从而改变腔的谐振频率。
(3)复合调频：通过同时改变腔体的电感和电容来改变谐振腔的频率。
每个谐振腔内有一个以钨丝作弹簧的电感块，当电感块在腔体内产生位移，腔体的体积即随之产生变化而改变频率。谐振腔结构示意图如图1所示。波纹管的作用是保证真空密封，并使带调谐块的调谐杆产生位移。电感调谐具有调谐范围宽，调谐频率小，工作比较稳定等优点。UCB速调管带有能预置6个频道的调谐机构，其基本出发点是用机械手段将电性能存储起来。

1．3 工作点(Q点)选择
如图2所示，找工作点Q的方法是逐渐加大激励找输出最大点，即饱和点Q’。在饱和点两边输出功率都随激励的增大或减小时而下降。最好工作区域在饱和点之前，即欠激区。所以在找到饱和点之后，减小激励，使速调管工作在欠激区。

如果超过饱和点，进入过激区，则体电流增加。体电流反映速调管高压漏电流的大小，可通过调整聚焦电流来改变，当聚焦不好时，体电流就变大，但聚焦电流不得大于额定值，一般在静态时以使体电流最小为标准。如果腔体位置不对，速调管也易过早饱和而进入过激区。因此要密切关注体电流变化。速调管效率达到最高，需先找到临界耦合点Q’，使输出功率为最大。
在某些调谐状态，腔体的电流可能会超过50 mA，此时必须在较低的输入功率时进一步进行调整，在得到规定的宽度和平坦度的频幅曲线后，再增加输入功率，以得到所需要的输出功率。在调试过程中，腔体的管体电流一般保持在20 mA以内。

2 速调管调谐
调谐前要检查高功放所有保护措施，如体电流、收集极电流、反射功率、冷却系统、收集极温度、电弧打火等。正常上高压后，设备预热15 min，工作稳定后再实施调谐。速调管调谐连接图如图3所示。

频谱仪在检测信号时比较精确，但由于存在余晖效应，反应比较慢，不能实时地反应出信号的波形。而示波器在检测信号时比较粗略，但反应快，可实时地反应出信号波形。因此，在调谐过程中，采用示波器和频谱仪同时检测波