1慢波组件的装配
　　目前，螺旋线慢波组件的装配方法可以分为两大类，即非焊接装配方法和焊接装配方法。
　　11非焊接方法
　　非焊接的方法只是将组件挤压在一起，装配效果的好坏主要依赖于螺旋线与绝缘夹持杆界面，夹持杆与金属管壳界面接触压力的均匀性。使用非焊接方法装配组件时一定要注意保证螺旋线不变形和夹持杆的位置不改变。日本NEC公司使用非焊接的装配方法制作了6GHz3kW的行波管，增益为36dB，总效率可达24，还制作14GHz600W的行波管，增益为46dB，总效率达到26，这两个管子均获得了很好的散热性能。目前，使用较广泛的非焊接方法主要是冷弹压方法和热挤压方法。

　　（1）冷弹压法这种方法主要是针对螺旋线外均匀分布有三个夹持杆的情况。该方法是在常温下利用外部力量将空心圆柱管壳变形为接近夹持杆分布轮廓的三角形剖面结构，将夹持杆与螺旋线装入，取消外部力，利用管壳自身的回复弹力及一定的向内的外力将夹持杆和螺旋带挤压（吹膜挤出膜泡不稳定的解决办法）在一起。目前所使用的装配工具，有横向水平装配的和纵向垂直装配的。横向装配时管壳前后受力不均匀，组件的同轴性不够好。相比之下采用纵向装配的方法更能保证装配的质量。

　　冷弹压法的优点是工艺较简单，夹持较牢固，能耐一定机械冲击和振动，适用于小直径管壳；缺点是零件尺寸公差要求严格，容易造成管壳的变形，散热能力较差。因此，冷弹压法在功率不大的脉冲和连续波行波管制造中广泛采用。

　　（2）热挤压法
　　这种方法是将低膨胀系数的挤压模具套在管壳的外部，将螺旋线和夹持杆的组件按要求装入管壳内。对组件加高温，管壳在高温下膨胀，但膨胀时受到模具的限制，从而产生向内的径向压力将内部组件挤压紧，然后冷却降温，管壳收缩后将内部组件进一步压紧。另外，还有一种叫缠绕法的装配方法。

　　缠绕法的基本原理与热挤压法相同，只是缠绕法使用的是低膨胀系数的金属丝（一般使用镀了镍的钼丝或钨丝），在管壳的外部进行缠绕。加热使管壳膨胀受限。

　　该方法工艺实现不算复杂，与冷弹压法相比，在提高散热能力方面有明显优势。不过，使用该方法容易使管壳变形或使内部组件的位置变形。另外，这种方法也只是将组件挤压在一起，其散热性能受到一定的限制。

　　12焊接方法
　　焊接装配方法将螺旋线、夹持杆和金属管壳连接在一起，极大地减少了夹持杆表面的热阻，从而降低了螺旋线上的最高温度。法国的THCMSONCSF电子管公司利用焊接的方法制作出许多性能优良的管子，像TH3588，频带范围4450GHz，输出功率11kW，增益50dB；TH3639，频带范围140145GHz，输出功率160W，增益45dB.这些行波管均采用了焊接的方法进行装配，较好地解决了慢波组件的散热问题，都获得了很好的性能。目前使用的焊接方法主要有烧结金属粉末法、溅射镀膜法和闪焊法。

　　（1）烧结金属粉末法
　　这种方法是在夹持杆表面烧结一层金属薄膜，在高温下完成封接。此方法多用于焊接夹持杆与螺旋线，要求配方中玻璃成分少、焊料层热传导好、与介质形成过渡层薄，以减少高频损耗。

　　该方法可以较好地提高慢波组件的散热性能。
　　不过，金属化与螺旋线精确对准较困难，装配困难；金属化时温度高，细长的介质杆易变形，不适合用于BeO杆。

　　（2）溅射镀膜法
　　这种方法利用真空蒸涂、离子溅射、离子涂敷等方法在介质面上得到极薄且均匀的金属化层，然后再进行焊接。
　　这种方法的优点是能够较好地提高慢波组件的散热性能，缺点是组件的介电性能降低，高频损耗增加，对于镀膜焊接后的多余膜料不容易去除干净，而且在去除时螺旋线可能会发生化学反应而使性能受到影响。

　　（3）闪焊法
　　这种方法是利用短脉冲电流将螺旋线加热到与其接触部位的介质杆局部熔化的温度，使螺旋线与介质杆焊接在一起。
　　闪焊的设备和工艺都较简单、周期短、效率较高，对慢波组件的散热能力有较好的提高。缺点是高频损耗较大，焊接点嵌入不均匀，而且组件尺寸不能满足所要求的精度，闪焊BeO杆时毒性较大。
　　使用焊接方法对于提高慢波组件的散热性能的优势是明显的，但是在工艺实现上是困难的。

　　国内某研究机构利用真空蒸发镀膜技术在BeO夹持杆表面依次蒸镀钼和铜，然后将镀膜后的夹持杆与钨螺旋线焊接。采用冷弹压的方法将焊接后的组件装入不锈钢管壳。通过试样管测试，证明了螺旋线与夹持杆焊接后有较强的散热能力。该方法将溅射镀膜法和冷弹压法结合运用达到了改善散热性能的目的。

　　使用各种装配方法有利有弊，不过在提高慢波组件散热性能方面的差别还是比较明显的，　比较了通常情况时不同方法制备出的组件的散热能力。

　　散热性能比较图示的实验是加入功率使组件升温，通过比较螺旋线与管壳在不同加入功率时的温度差来评价其散热性能的。

　　2慢波组件材料的选择
　　选择慢波组件的材料时，一般需要考虑两方面因素：一是有较高的导热率，较高的导热率能够带来高的传导能力；二是能够与其它材料保持良好的接触，这样可以降低不同材料之间接触面的热阻。

　　21金属管壳材料的选择
　　金属管壳需要具有足够的机械强度、无磁性、良好的热传导性和高温强度。通常选用蒙乃尔、弥散强化无氧铜、锆铜、不锈钢等材料来制作管壳。现在许多行波管的管壳都使用蒙乃尔。蒙乃尔是以镍为主的镍铜合金，它具有高强度、延性、可焊性和优良的耐蚀能力，它的电阻率为48cm，高温时它有比不锈钢好的强度，它的热膨胀系数与不锈钢或无氧铜相近。另外，弥散强化无氧铜也是被广泛应用的材料，它比一般无氧铜性能更好，具有高温、高强度和高热导率的特性。美国的Cathay（CA）铜合金公司对弥散强化无氧铜进行了大量的研究，并指出可用于行波管器件。

　　22螺旋线材料的选择
　　螺旋线的材料通常选用熔点高、机械强度好的钼丝和钨丝、铼钨丝等，由于铜的导热能力很强，也有使用铜的，其中钼丝在行波管上的应用十分普遍。
　　钼最明显的特点就是气体渗透性和析出性低，机械加工性能好。另外，现在许多研究机构对钼或钨的螺旋线表面镀铜或镀金，这样既可以改善慢波结构的高频损耗特性，也能够提高螺旋线散热能力。部分螺旋线材料的性能参数。

　　23夹持杆材料的选择
　　夹持杆应具有低的介电常数、低的微波损耗、较高的机械强度和合适的导热能力。常用作夹持杆的材料为氧化铝、氧化铍、氮化硼、氮化铝等。目前，很多研究机构使用BeO材料的夹持杆。BeO瓷具有异常高的导热性能，其低温热导率是目前其它陶瓷所不能比拟的，但BeO的毒性限制了它的广泛应用。现在许多人使用BN材料的夹持杆。BN陶瓷的热导率随温度的升高而下降的趋势比较小，因而具有好的高温热导率。在高温段BN的热导率可以做得比BeO高。美国雷声公司研制了X波段，3kW脉冲功率和10工作比的高增益行波管，该管使用了各向异性的凹槽型BN夹持杆。部分夹持杆材料25时的性能参数。

　　夹持杆材料的热导率是随温度变化的，显示了部分夹持杆材料的热导率随温度的变化关系。
　　在夹持杆材料的研究中，金刚石逐渐受到人们的重视。雷声公司在20世纪70年代就开始在行波管输出段用立方体天然金刚石颗粒夹持以提高散热性能的研究。美国著名的休斯（Hughes）公司于1991年宣布他们成功研制了一只用金刚石片夹持的K波段高性能大功率行波管953H，他们采用了昂贵的大颗粒天然金刚石，将金刚石切片研磨成小片来组合成76mm长的矩形夹持杆，该杆作为输出段夹持杆，输入段仍用BeO杆夹持，省去了中间段。该管在高频段上获得了输出功率大于75W，增益大于40dB的优良性能。

　　目前国外还有一种镶嵌金刚石的方法。使用CVD法在空心管的固定位置上沉积金刚石，用微型的激光切割机将空心管上切成螺旋线结构，相当于在螺旋线上镶嵌了金刚石支撑块，外部金属管壳由两部分组合成，直接装配成整体的慢波结构。

　　此方法消除了螺旋线与夹持杆之间的接触热阻，大大提高了螺旋线慢波系统的散热能力；无需因为减小热阻而对螺旋线施加过大的压力，同时该方法避免了螺旋线在装配过程中的变形。不过，此方法很不容易实现，对设备要求相当严格，耗费相当大。

　　3螺旋线夹持结构的改进
　　螺旋线夹持结构的作用主要有两方面，一是支撑螺旋线结构，使螺旋线得以妥善地固定在管壳内；二是将螺旋线上的热量向外导出，提供一个良好的散热通道。要减小接触热阻除了需要使用导热率高的材料外，还应该考虑到夹持杆结构的影响。

　　31常用的夹持杆的结构
　　（1）圆形夹持杆
　　用了圆形夹持杆的慢波组件。
　　日本NEC公司在其慢波组件中使用了这种圆形的夹持杆。NEC公司使用了相对较厚的不锈钢管壳为内部提供强压，在钼螺旋线表面镀金从而使螺旋线与BeO杆保持良好的接触。该慢波系统提高了螺旋线的散热特性，使螺旋线上的热量可以较快的均匀散布。

　　（2）矩形夹持杆
　　使用矩形夹持杆的情况，这是一种传统的结构。夹持杆也是矩形的，不过夹持杆的表面被镀了金属，这是Northrop宽带螺旋线行波管的慢波组件的结构图。Northrop行波管采用了钨铼带状螺旋线，在BeO夹持杆的表面镀上的铜膜。这种行波管改善了夹持杆与螺旋线和管壳的接触表面，对散热能力有一定的提高；另外，这种设计还有效地改善了行波管的色散特性。

　　圆形夹持杆和矩形夹持杆的制作工艺较为简单，夹持杆也易于装配。不过，夹持杆与螺旋线和管壳的接触都只是点接触或线接触，热阻较大，散热情况不是特别理想。采用对夹持杆或螺旋线镀膜的方法可以在一定程度上提高散热性能。

　　32几种特殊结构的夹持杆
　　（1）楔形（扇形）夹持杆
　　采用的是楔形（扇形）的夹持杆，图中所示的是另一种Northrop宽带螺旋线行波管。这种慢波组件是从整体结构上进行分段处理，使得夹持杆轴向剖面每一段长度不同，类似于梯形。该组件的夹持杆还进行了镀膜处理，在夹持杆的表面镀上了一层铜膜。该设计使夹持杆与管壳的接触面变大，有效地增加了热量向外的传导。

　　（2）T形夹持杆
　　使用了T形夹持杆的组件结构图，这是Hughes的MPM螺旋线慢波结构的示意图。该结构采用了镀有铜膜的矩形带状的钨螺旋线，将BeO夹持杆做成了T形。这种组件使行波管具有较好的高频特性，在改善散热性能方面也有一定的作用。

　　（3）非对称夹持杆
　　这是韩国某研究机构设计的一种采用非对称夹持杆的结构，三个BeO夹持杆中有一个用Al2O3代替。在夹持杆靠近管壳的部分设计成圆弧状以更好的与管壳接触，从而减小热阻。使用较厚的夹持杆，来增加螺旋线、夹持杆和管壳之间的压力。该结构不仅提高了组件的散热能力，还可以有效地抑制二次谐波。

　　采用以上特殊结构的夹持杆增加了夹持杆与管壳或螺旋线的接触面，有效地减小了接触热阻，对慢波组件的散热性能有很好的改善作用。但这些夹持杆的结构略显复杂，夹持杆特殊形状的切割有一定的难度。
　　为了得到更高性能指标的行波管，需要对夹持杆的结构进行改进，使之具有更好的热传导能力。

　　4结论
　　由于慢波组件散热能力是影响螺旋线行波管输出功率主要因素之一，所以国内外各研究机构纷纷从不同方面寻求提高慢波组件散热性能的方法。螺旋线慢波组件的散热能力主要与装配方法、夹持杆材料和结构有关。

　　（1）焊接装配的方法对提高散热很有帮助，今后研究要点主要在设计出更完善的工艺实现方案，对焊接后的处理进行更深一步的改进。

　　（2）几种材料的搭配使用以及对材料镀膜对提高组件本身的性能具有极大的益处。选择材料时还需要综合考虑一下所研制的行波管的散热需求。

　　（3）夹持杆结构的不同的确带来了慢波组件性能的差异，如何设计出易于实现且性能良好的夹持杆结构对慢波组件的散热能力的提高是相当重要的。

　　综合考虑各个方面的影响因素，适时引进各种先进的技术，这必将带来螺旋线行波管性能的一次飞跃。
　
　　
　

(来源：互联网)