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　　1慢波組件的裝配
　　目前，螺旋線慢波組件的裝配方法可以分為兩大類，即非焊接裝配方法和焊接裝配方法。
　　11非焊接方法
　　非焊接的方法只是將組件擠壓在一起，裝配效果的好壞主要依賴于螺旋線與絕緣夾持桿界面，夾持桿與金屬管殼界面接觸壓力的均勻性。使用非焊接方法裝配組件時(shí)一定要注意保證螺旋線不變形和夾持桿的位置不改變。日本NEC公司使用非焊接的裝配方法制作了6GHz3kW的行波管，增益為36dB，總效率可達(dá)24，還制作14GHz600W的行波管，增益為46dB，總效率達(dá)到26，這兩個(gè)管子均獲得了很好的散熱性能。目前，使用較廣泛的非焊接方法主要是冷彈壓方法和熱擠壓方法。

　�。�1）冷彈壓法這種方法主要是針對螺旋線外均勻分布有三個(gè)夾持桿的情況。該方法是在常溫下利用外部力量將空心圓柱管殼變形為接近夾持桿分布輪廓的三角形剖面結(jié)構(gòu)，將夾持桿與螺旋線裝入，取消外部力，利用管殼自身的回復(fù)彈力及一定的向內(nèi)的外力將夾持桿和螺旋帶擠壓（吹膜擠出膜泡不穩(wěn)定的解決辦法）在一起。目前所使用的裝配工具，有橫向水平裝配的和縱向垂直裝配的。橫向裝配時(shí)管殼前后受力不均勻，組件的同軸性不夠好。相比之下采用縱向裝配的方法更能保證裝配的質(zhì)量。

　　冷彈壓法的優(yōu)點(diǎn)是工藝較簡單，夾持較牢固，能耐一定機(jī)械沖擊和振動(dòng)，適用于小直徑管殼；缺點(diǎn)是零件尺寸公差要求嚴(yán)格，容易造成管殼的變形，散熱能力較差。因此，冷彈壓法在功率不大的脈沖和連續(xù)波行波管制造中廣泛采用。

　　（2）熱擠壓法
　　這種方法是將低膨脹系數(shù)的擠壓模具套在管殼的外部，將螺旋線和夾持桿的組件按要求裝入管殼內(nèi)。對組件加高溫，管殼在高溫下膨脹，但膨脹時(shí)受到模具的限制，從而產(chǎn)生向內(nèi)的徑向壓力將內(nèi)部組件擠壓緊，然后冷卻降溫，管殼收縮后將內(nèi)部組件進(jìn)一步壓緊。另外，還有一種叫纏繞法的裝配方法。

　　纏繞法的基本原理與熱擠壓法相同，只是纏繞法使用的是低膨脹系數(shù)的金屬絲（一般使用鍍了鎳的鉬絲或鎢絲），在管殼的外部進(jìn)行纏繞。加熱使管殼膨脹受限。

　　該方法工藝實(shí)現(xiàn)不算復(fù)雜，與冷彈壓法相比，在提高散熱能力方面有明顯優(yōu)勢。不過，使用該方法容易使管殼變形或使內(nèi)部組件的位置變形。另外，這種方法也只是將組件擠壓在一起，其散熱性能受到一定的限制。

　　12焊接方法
　　焊接裝配方法將螺旋線、夾持桿和金屬管殼連接在一起，極大地減少了夾持桿表面的熱阻，從而降低了螺旋線上的最高溫度。法國的THCMSONCSF電子管公司利用焊接的方法制作出許多性能優(yōu)良的管子，像TH3588，頻帶范圍4450GHz，輸出功率11kW，增益50dB；TH3639，頻帶范圍140145GHz，輸出功率160W，增益45dB.這些行波管均采用了焊接的方法進(jìn)行裝配，較好地解決了慢波組件的散熱問題，都獲得了很好的性能。目前使用的焊接方法主要有燒結(jié)金屬粉末法、濺射鍍膜法和閃焊法。

　　（1）燒結(jié)金屬粉末法
　　這種方法是在夾持桿表面燒結(jié)一層金屬薄膜，在高溫下完成封接。此方法多用于焊接夾持桿與螺旋線，要求配方中玻璃成分少、焊料層熱傳導(dǎo)好、與介質(zhì)形成過渡層薄，以減少高頻損耗。

　　該方法可以較好地提高慢波組件的散熱性能。
　　不過，金屬化與螺旋線精確對準(zhǔn)較困難，裝配困難；金屬化時(shí)溫度高，細(xì)長的介質(zhì)桿易變形，不適合用于BeO桿。

　�。�2）濺射鍍膜法
　　這種方法利用真空蒸涂、離子濺射、離子涂敷等方法在介質(zhì)面上得到極薄且均勻的金屬化層，然后再進(jìn)行焊接。
　　這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠較好地提高慢波組件的散熱性能，缺點(diǎn)是組件的介電性能降低，高頻損耗增加，對于鍍膜焊接后的多余膜料不容易去除干凈，而且在去除時(shí)螺旋線可能會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而使性能受到影響。

　�。�3）閃焊法
　　這種方法是利用短脈沖電流將螺旋線加熱到與其接觸部位的介質(zhì)桿局部熔化的溫度，使螺旋線與介質(zhì)桿焊接在一起。
　　閃焊的設(shè)備和工藝都較簡單、周期短、效率較高，對慢波組件的散熱能力有較好的提高。缺點(diǎn)是高頻損耗較大，焊接點(diǎn)嵌入不均勻，而且組件尺寸不能滿足所要求的精度，閃焊BeO桿時(shí)毒性較大。
　　使用焊接方法對于提高慢波組件的散熱性能的優(yōu)勢是明顯的，但是在工藝實(shí)現(xiàn)上是困難的。

　　國內(nèi)某研究機(jī)構(gòu)利用真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)在BeO夾持桿表面依次蒸鍍鉬和銅，然后將鍍膜后的夾持桿與鎢螺旋線焊接。采用冷彈壓的方法將焊接后的組件裝入不銹鋼管殼。通過試樣管測試，證明了螺旋線與夾持桿焊接后有較強(qiáng)的散熱能力。該方法將濺射鍍膜法和冷彈壓法結(jié)合運(yùn)用達(dá)到了改善散熱性能的目的。

　　使用各種裝配方法有利有弊，不過在提高慢波組件散熱性能方面的差別還是比較明顯的，　比較了通常情況時(shí)不同方法制備出的組件的散熱能力。

　　散熱性能比較圖示的實(shí)驗(yàn)是加入功率使組件升溫，通過比較螺旋線與管殼在不同加入功率時(shí)的溫度差來評價(jià)其散熱性能的。

　　2慢波組件材料的選擇
　　選擇慢波組件的材料時(shí)，一般需要考慮兩方面因素：一是有較高的導(dǎo)熱率，較高的導(dǎo)熱率能夠帶來高的傳導(dǎo)能力；二是能夠與其它材料保持良好的接觸，這樣可以降低不同材料之間接觸面的熱阻。

　　21金屬管殼材料的選擇
　　金屬管殼需要具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、無磁性、良好的熱傳導(dǎo)性和高溫強(qiáng)度。通常選用蒙乃爾、彌散強(qiáng)化無氧銅、鋯銅、不銹鋼等材料來制作管殼�，F(xiàn)在許多行波管的管殼都使用蒙乃爾。蒙乃爾是以鎳為主的鎳銅合金，它具有高強(qiáng)度、延性、可焊性和優(yōu)良的耐蝕能力，它的電阻率為48cm，高溫時(shí)它有比不銹鋼好的強(qiáng)度，它的熱膨脹系數(shù)與不銹鋼或無氧銅相近。另外，彌散強(qiáng)化無氧銅也是被廣泛應(yīng)用的材料，它比一般無氧銅性能更好，具有高溫、高強(qiáng)度和高熱導(dǎo)率的特性。美國的Cathay（CA）銅合金公司對彌散強(qiáng)化無氧銅進(jìn)行了大量的研究，并指出可用于行波管器件。

　　22螺旋線材料的選擇
　　螺旋線的材料通常選用熔點(diǎn)高、機(jī)械強(qiáng)度好的鉬絲和鎢絲、錸鎢絲等，由于銅的導(dǎo)熱能力很強(qiáng)，也有使用銅的，其中鉬絲在行波管上的應(yīng)用十分普遍。
　　鉬最明顯的特點(diǎn)就是氣體滲透性和析出性低，機(jī)械加工性能好。另外，現(xiàn)在許多研究機(jī)構(gòu)對鉬或鎢的螺旋線表面鍍銅或鍍金，這樣既可以改善慢波結(jié)構(gòu)的高頻損耗特性，也能夠提高螺旋線散熱能力。部分螺旋線材料的性能參數(shù)。

　　23夾持桿材料的選擇
　　夾持桿應(yīng)具有低的介電常數(shù)、低的微波損耗、較高的機(jī)械強(qiáng)度和合適的導(dǎo)熱能力。常用作夾持桿的材料為氧化鋁、氧化鈹、氮化硼、氮化鋁等。目前，很多研究機(jī)構(gòu)使用BeO材料的夾持桿。BeO瓷具有異常高的導(dǎo)熱性能，其低溫?zé)釋?dǎo)率是目前其它陶瓷所不能比擬的，但BeO的毒性限制了它的廣泛應(yīng)用�，F(xiàn)在許多人使用BN材料的夾持桿。BN陶瓷的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而下降的趨勢比較小，因而具有好的高溫?zé)釋?dǎo)率。在高溫段BN的熱導(dǎo)率可以做得比BeO高。美國雷聲公司研制了X波段，3kW脈沖功率和10工作比的高增益行波管，該管使用了各向異性的凹槽型BN夾持桿。部分夾持桿材料25時(shí)的性能參數(shù)。

　　夾持桿材料的熱導(dǎo)率是隨溫度變化的，顯示了部分夾持桿材料的熱導(dǎo)率隨溫度的變化關(guān)系。
　　在夾持桿材料的研究中，金剛石逐漸受到人們的重視。雷聲公司在20世紀(jì)70年代就開始在行波管輸出段用立方體天然金剛石顆粒夾持以提高散熱性能的研究。美國著名的休斯（Hughes）公司于1991年宣布他們成功研制了一只用金剛石片夾持的K波段高性能大功率行波管953H，他們采用了昂貴的大顆粒天然金剛石，將金剛石切片研磨成小片來組合成76mm長的矩形夾持桿，該桿作為輸出段夾持桿，輸入段仍用BeO桿夾持，省去了中間段。該管在高頻段上獲得了輸出功率大于75W，增益大于40dB的優(yōu)良性能。

　　目前國外還有一種鑲嵌金剛石的方法。使用CVD法在空心管的固定位置上沉積金剛石，用微型的激光切割機(jī)將空心管上切成螺旋線結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于在螺旋線上鑲嵌了金剛石支撐塊，外部金屬管殼由兩部分組合成，直接裝配成整體的慢波結(jié)構(gòu)。

　　此方法消除了螺旋線與夾持桿之間的接觸熱阻，大大提高了螺旋線慢波系統(tǒng)的散熱能力；無需因?yàn)闇p小熱阻而對螺旋線施加過大的壓力，同時(shí)該方法避免了螺旋線在裝配過程中的變形。不過，此方法很不容易實(shí)現(xiàn)，對設(shè)備要求相當(dāng)嚴(yán)格，耗費(fèi)相當(dāng)大。

　　3螺旋線夾持結(jié)構(gòu)的改進(jìn)
　　螺旋線夾持結(jié)構(gòu)的作用主要有兩方面，一是支撐螺旋線結(jié)構(gòu)，使螺旋線得以妥善地固定在管殼內(nèi)；二是將螺旋線上的熱量向外導(dǎo)出，提供一個(gè)良好的散熱通道。要減小接觸熱阻除了需要使用導(dǎo)熱率高的材料外，還應(yīng)該考慮到夾持桿結(jié)構(gòu)的影響。

　　31常用的夾持桿的結(jié)構(gòu)
　�。�1）圓形夾持桿
　　用了圓形夾持桿的慢波組件。
　　日本NEC公司在其慢波組件中使用了這種圓形的夾持桿。NEC公司使用了相對較厚的不銹鋼管殼為內(nèi)部提供強(qiáng)壓，在鉬螺旋線表面鍍金從而使螺旋線與BeO桿保持良好的接觸。該慢波系統(tǒng)提高了螺旋線的散熱特性，使螺旋線上的熱量可以較快的均勻散布。

　�。�2）矩形夾持桿
　　使用矩形夾持桿的情況，這是一種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。夾持桿也是矩形的，不過夾持桿的表面被鍍了金屬，這是Northrop寬帶螺旋線行波管的慢波組件的結(jié)構(gòu)圖。Northrop行波管采用了鎢錸帶狀螺旋線，在BeO夾持桿的表面鍍上的銅膜。這種行波管改善了夾持桿與螺旋線和管殼的接觸表面，對散熱能力有一定的提高；另外，這種設(shè)計(jì)還有效地改善了行波管的色散特性。

　　圓形夾持桿和矩形夾持桿的制作工藝較為簡單，夾持桿也易于裝配。不過，夾持桿與螺旋線和管殼的接觸都只是點(diǎn)接觸或線接觸，熱阻較大，散熱情況不是特別理想。采用對夾持桿或螺旋線鍍膜的方法可以在一定程度上提高散熱性能。

　　32幾種特殊結(jié)構(gòu)的夾持桿
　�。�1）楔形（扇形）夾持桿
　　采用的是楔形（扇形）的夾持桿，圖中所示的是另一種Northrop寬帶螺旋線行波管。這種慢波組件是從整體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行分段處理，使得夾持桿軸向剖面每一段長度不同，類似于梯形。該組件的夾持桿還進(jìn)行了鍍膜處理，在夾持桿的表面鍍上了一層銅膜。該設(shè)計(jì)使夾持桿與管殼的接觸面變大，有效地增加了熱量向外的傳導(dǎo)。

　　（2）T形夾持桿
　　使用了T形夾持桿的組件結(jié)構(gòu)圖，這是Hughes的MPM螺旋線慢波結(jié)構(gòu)的示意圖。該結(jié)構(gòu)采用了鍍有銅膜的矩形帶狀的鎢螺旋線，將BeO夾持桿做成了T形。這種組件使行波管具有較好的高頻特性，在改善散熱性能方面也有一定的作用。

　�。�3）非對稱夾持桿
　　這是韓國某研究機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的一種采用非對稱夾持桿的結(jié)構(gòu)，三個(gè)BeO夾持桿中有一個(gè)用Al2O3代替。在夾持桿靠近管殼的部分設(shè)計(jì)成圓弧狀以更好的與管殼接觸，從而減小熱阻。使用較厚的夾持桿，來增加螺旋線、夾持桿和管殼之間的壓力。該結(jié)構(gòu)不僅提高了組件的散熱能力，還可以有效地抑制二次諧波。

　　采用以上特殊結(jié)構(gòu)的夾持桿增加了夾持桿與管殼或螺旋線的接觸面，有效地減小了接觸熱阻，對慢波組件的散熱性能有很好的改善作用。但這些夾持桿的結(jié)構(gòu)略顯復(fù)雜，夾持桿特殊形狀的切割有一定的難度。
　　為了得到更高性能指標(biāo)的行波管，需要對夾持桿的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使之具有更好的熱傳導(dǎo)能力。

　　4結(jié)論
　　由于慢波組件散熱能力是影響螺旋線行波管輸出功率主要因素之一，所以國內(nèi)外各研究機(jī)構(gòu)紛紛從不同方面尋求提高慢波組件散熱性能的方法。螺旋線慢波組件的散熱能力主要與裝配方法、夾持桿材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)。

　�。�1）焊接裝配的方法對提高散熱很有幫助，今后研究要點(diǎn)主要在設(shè)計(jì)出更完善的工藝實(shí)現(xiàn)方案，對焊接后的處理進(jìn)行更深一步的改進(jìn)。

　　（2）幾種材料的搭配使用以及對材料鍍膜對提高組件本身的性能具有極大的益處。選擇材料時(shí)還需要綜合考慮一下所研制的行波管的散熱需求。

　�。�3）夾持桿結(jié)構(gòu)的不同的確帶來了慢波組件性能的差異，如何設(shè)計(jì)出易于實(shí)現(xiàn)且性能良好的夾持桿結(jié)構(gòu)對慢波組件的散熱能力的提高是相當(dāng)重要的。

　　綜合考慮各個(gè)方面的影響因素，適時(shí)引進(jìn)各種先進(jìn)的技術(shù)，這必將帶來螺旋線行波管性能的一次飛躍。