由于鬼模振荡的存在,普通波导盒型窗很难获得宽频带输出,其相对带宽一般只有20%-30%。提出一种新的适用于大功率螺旋线行波管非对称全带宽波导盒型窗设计思路,通过3维电磁仿真设计与优化,获得了L波段相对带宽达41.4%盒型窗结构设计参数,且频带内无鬼模振荡,考虑匹配过渡段后整个盒型窗驻波系数模拟计算小于1.1。采用此功率输出结构研制的S波段大功率行波管连续波输出功率达3kW以上,整管实测驻波系数小于1.6。

通过对螺旋带行波管带上表面电流的Chebyshev展开，得出了色散关系，求出了电场分量和磁场分量的表达式，进而求得了耦合阻抗和耦合磁导纳。计算并分析了一个典型结构的纵向电磁场分量，由这些分量得出的耦合阻抗与Chernin等的结果有很好的一致性，说明了电场表达式的有效性。场表达式可应用于3维行波管CAD的程序编写，耦合磁导纳的计算程序更是行波管CAD不可缺少的部分。

行波管的工作环境恶劣，其结构的振动特性对寿命及可靠性有着重要影响。应用有限元分析软件对行波管进行模态分析，并通过模态试验实测了行波管的模态参数，得到行波管前四阶固有频率和振型。对比分析仿真和试验结果，仿真计算的模态频率偏高。应用Kriging模型构建固有频率与材料参数的关系，将试验结果作为目标进行材料参数修正。修正后的仿真模型的计算精度有了大幅度提高，行波管结构的固有振动特性得到更加真实地反映，为进一步研究其动力学特性提供了更加准确的模型基础。