自康夫纳1943年发明行波管以来,行波管凭借其大功率输出的优势在人类的生活中充当着日益重要的角色,广泛运用于通信、军事尤其是电子对抗领域。螺旋线行波管和耦合腔行波管是行波管中最常用的两类器件,螺旋线行波管由于具备较平坦的色散特性,能获得较大的频宽,因此被广泛运用于宽带行波管;而耦合腔行波管由于其独特的慢波结构被广泛运用于大功率场合。本文超宽带大功率行波管的设计正是采用螺旋线作为其慢波结构,利用我国自主研发的微波管模拟器套装MTSS对一只频带为2~7.5GHz的宽带大功率行波管的电子枪、高频结构、互作用结构及收集极部分进行了设计和仿真,完成了超宽带大功率行波管的设计。主要工作包括以下几个方面:一.从优化行波管结构、拓宽行波管带宽角度出发,利用微波管模拟器套装MTSS的电子光学模拟器模块EOS,对宽带大功率行波管的电子枪进行建模和计算,得出了其阴极电流和注腰半径,为行波管注波互作用参数设置中的电子注电流、电子注填充比等参数设置提供了依据。二.以平坦色散曲线、增大耦合阻抗为目的,采用微波管模拟器套装MTSS的高频结构仿真器HFCS,对行波管的高频结构进行建模和计算。采用全新的分离矩形夹持颗粒,大大减小了螺旋线与夹持颗粒的接触面积,防止了螺旋线因散热不好而烧坏;同时减少了损耗,提高了耦合阻抗,平坦了色散曲线,使行波管的带宽拓展得以实现,完成了设计。三.以抑制谐波、提高输出功率为目的,利用微波管模拟器套装MTSS软件的注波互作用模块BWIS对超宽带行波管的互作用结构进行设计和仿真模拟。采用截断和加入衰减器等方式抑制返波,防止振荡;螺距跳变技术的运用不仅有效抑制了谐波,而且提高了输出功率,满足了大功率输出要求。四.从提高行波管效率、避免资源浪费角度出发,利用电子光学模拟器EOS对行波管的收集极结构进行建模和仿真计算。降压收集极技术的运用使电子注的剩余能量得以充分利用,提高了行波管的收集极效率;合理的收集极电压的设置减小了回流率,节约了能源,避免了资源的浪费。五.基于本课题组与成都国光电气股份有限公司的友好合作关系,本课题所涉及行波管电子枪、高频结构、互作用区及收集极的建模数据和测试数据均来自国光电气股份有限公司,并且在两单位的合作下,该行波管已制成成品多只,并已投入市场,在很大程度上验证了设计的合理和可行性。