考虑次级电子的行波管多级降压收集极的辅助设计计算

文中较全面地讨论了多级降压收集极的物理模型.借助Orion(2.5维)软件设计出效率较高的带有再聚焦系统的四级降压收集极,并考虑了次级电子的影响,模拟计算多级降压收集极和再聚焦区的性能,为行波管整管效率的提高提供了保证.     

多级降压收集极CAD中的二次电子发射模型

多级降压收集极被广泛应用于提高微波放大器件效率.多级降压收集极中的二次电子发射对其效率有重要影响.该文探讨了真二次电子、弹性反射电子、非弹性反射电子3种二次电子发射模型,对发射率、发射角度以及能量分布情况进行了深入分析,并对考虑二次电子后的收集极模拟计算收敛条件进行了讨论.上述结果在多级降压收集极CAD软件中得到应用,定量分析了其对多级降压收集极效率的影响.     

空间行波管多级降压收集极的设计和模拟

多级降压收集极被广泛地应用于空间行波管的设计中,本文介绍了一种四级降压收集极的设计和模拟方法。通过对某一空间行波管互作用后的废电子注信息进行分析,得到电子注在收集极的入口条件,并且根据电子注入口条件确定各电极的电位,用行波管模拟软件模拟废电子注在收集极内的发射情况,计算出收集极的效率,通过分析电子注粒子运行轨迹和能量分布,优化收集极边界条件和各电极电位设置,提高收集极效率,降低电子回流率。结果表明：利用此方法计算得到的收集极效率达到80%以上,该模拟分析方法对行波管收集极的研究设计具有参考价值。     

多级降压收集极的优化设计

本文根据实验室实际制管的需要,首先利用MTSS 软件对多级降压收集极（简称MDC）进行电场优化,在收集效率明显提高的情况下,针对电子运动的非轴对称性,通过在收集极内引入非轴对称磁场,进一步提高收集效率并降低回流率。最终使计算结果满足工程上制管的要求。     

高效率偏心多级降压收集极的研究

本文以高效率、低返流率为优化目标,对K 波段行波管的多级降压收集极进行设计。通过MTSS 软件对收集极 进行优化,从模拟结果中可知：当电子注工作在动态时,考虑和未考虑二次电子的情况下,收集极的效率分别为82%和 79.15%,电子回流率分别为0.08%和0.39%。此结果满足毫米波行波管设计的要求,相关的实验测试正在进行中。     

用于倍频程带宽、高性能行波管的小型、81～83.5％效率的2级和4级降压收集极

在美国空军(USAF)——国家航宇局(NASA)共同制定的规划中,Lewis研究中心正在进行电子对抗行波管效率的改进工作,它是通过采用多级降压收集极(MDC)以及在该中心所探索的对耗能电子注的再聚焦技术来实现的。在本规划的分析阶段,计算了整个行波管的三维电子注轨迹。轨迹计算一直到耗能电子注的再聚焦区和降压收集极。对收集极效率、收集极损耗和管子总效率进行了验证和计算。在实验工作方面,首先对不用多级降压收集极的管子性能进行估测,然后对耗能电子注的对称性、圆度和速度离散作了分析。最后,装上了多级降压收集极,使其性能最佳并进行了估测。对于理想的行波管,三维理论表明:具有对称、圆型并有最佳再聚焦电子注的2级多极降压收集极在中心频带有81％的效率(多级降压收集极),而4级多级降压收集极有85％的效率。实验结果所获得的数据表明:一个倍频程带宽——(4.8～9.6)千兆赫、功率为330～550瓦行波管的2级和4级降压收集极的最小多级降压收集极效率分别为81％和83％。     

多级降压收集极的模拟仿真软件

研制了一个微波管多级降压收集极的二维模拟计算软件MSDC。MSDC软件采用圆柱坐标系，计算静电场分布、注入的原电子的运动轨迹、原电子撞击电极引发的次级电子的发射和运动轨迹、电子运动形成的空间电荷密度等，最后给出多级压收集极的性能。本软件还具备再聚焦区电子注层流性计算功能，以便指导再聚焦区磁场分布的优化。本软件的主要特点，是考虑了次级电子的空间电荷效应，每次迭代计算、原电子轨迹和次级电子轨迹的影响全都包括进去。     

D波段行波管三级降压收集极的设计

效率是行波管(TWT)的重要技术指标,为提高某一0.22 THz折叠波导行波管的效率,需设计多级降压收集极。对注波互作用后的电子注信息进行分析,估算收集极效率最高时的电压设置。利用电磁仿真软件对三级降压收集极电极结构和电压设置进行仿真优化,得到效率大于87.5%,回流电流小于0.328 9 mA的轴对称三级降压收集极;在第二电极入口采用斜口结构进行仿真优化,得到回流电流小于0.075 mA的非轴对称三级降压收集极。结果表明,采用斜口结构可以有效降低0.22 THz行波管多级降压收集极的回流电流。     

多级降压收集极入口电子速度分布研究与应用

研究了多级降压收集极入口电子速度分布理论,并设计实验获取了入口电子能量分布密度函数。利用能量分布密度函数构造比较真实的收集极仿真初始条件,仿真结果与实测数据有很好的一致性。较旧的仿真初始条件仿真结果有很大改善,为多级降压收集极的设计和优化提供了有效依据,从而提高行波管的效率。     

行波管多级降压收集极的计算和实验研究

采用多级降压收集极是提高行波管效率析有效途径之一。本文在ＳＬＡＣ－２６６程序的基础上对一支带有二级降压收集极的国外行波管进行了计算,并且将计算结果同实验结果进行了比较。同时用电子注分析仪对降压收集极区电子注和纵向速度分布进行了实验研究,获得了该二级降压收集极的部分工作曲线,并对实验结果进行了分析讨论。     

Verification of an improved computational design procedure for TWT-Dynamic refocuser-MDC systems with secondary electron emission losses

A computational procedure for the design of TWT-refocuser-MDC systems was used to design a short "dynamic" refocusing system and highly efficient four-stage depressed collector for a 200-W 8-18-GHz TWT. The computations were carried out with advanced multidimensional computer programs which model the electron beam as a series of disks of charge and follow their trajectories from the RF input of the TWT, through the slow-wave structure and refocusing section, to their points of impact in the depressed collector. Secondary emission losses in the MDC were treated semiquantitatively by injecting a representative beam of secondary electrons into the MDC analysis at the point of impact of each primary beam. A comparison of computed and measured TWT and MDC performance showed very good agreement. The electrodes of the MDC were fabricated from a particular form of isotropic graphite that was selected for its low secondary electron yield, thermal expansion characteristics, ease of machinability, and vacuum properties. This MDC was tested at CW for more than 1000 h with negligible degradation in TWT and MDC performances.     

真空器件中电极表面微结构对其二次电子发射性能的影响

本文在概述金属材料二次电子发射性能和用于行波管多级降压收集极的低二次电子发射系数电极材料研究的基础上,对电极材料表面尖锥阵列微结构层对二次电子发射性能的影响进行了有限元计算分析,进而提出了具有三维网络结构的电极表面微结构层概念,为构建新型超低二次电子发射系数电极材料提出了思路。     

抑制行波管多级降压收集极二次电子发射的工艺研究

利用自行设计制造的一台抑制行波管多级降压收集极（MDC）二次电子发射的专用设备,分别对无氧铜片样品与无氧铜MDC进行了离子束表面改性的工艺研究。结果表明,表面改性后无氧铜表面二次电子发射系数可以得到大幅度的降低,有效提高空间行波管MDC的效率及整管效率。     

电子阱在多级降压收集极中的应用

本文主要介绍在多级降压收集极中应用处于第一收集极之后相对于第一收集极为高电位的附加电极,使得该电极与第一收集极之间的区域形成了一个捕获二次电子的电子阱,从而使该收集极在获得高效率的同时,具有较小的返流。此外,这个高电位电极的相邻两电极可以等电位工作,这将有利于行波管供电电源模块的简化。     

多级降压收集极效率的优化

围绕着MDC的核心即提高效率问题,分析了MDC的物理模型,阐明了MDC的功率分布图并解释了其来源.利用MDC的入口条件生成的功率分布图,可以快速得到给定降压级数的MDC的最优化效率,以及各电极的最优化电位.在最优化电位附近进行模拟仿真,减小电位选择的盲目性,起到事半功倍的效果.     

Small-size 81- to 83.5-percent efficient 2- and 4-stage depressed collectors for octave-bandwidth high-performance TWT's

In a joint USAF-NASA Program, Lewis Research Center is carrying out an efficiency improvement program on traveling wave tubes (TWT) for use in electronic counter measures (ECM) by applying multistage depressed collector (MDC) and spent beam refocusing techniques developed at Lewis. In the analytic part of the effort, three-dimensional electron trajectories are computed throughout the TWT. Trajectory computation continues through the spent beam refocuser and the depressed collector. Collector efficiency, collector losses, and overall efficiency are identified and computed. On the experimental side, tube performance is evaluated first without the MDC; then, the spent beam is analyzed for symmetry, circularity, and velocity spread. Finally, the MDC is attached and its performance optimized and evaluated. The three-dimensional theory, for ideal tubes, predicts a MDC-efficiency, at mid-band, of 81 percent for a 2-stage MDC with symmetric, circular, and optimally refocused beams and 85.5 percent for a 4-stage MDC. Experimental results to date have yielded MDC efficiencies of a minimum of 81 and 83 percent for a 2- and 4-stage MDC, respectively, across a one-octave bandwidth of a 4.8 to 9.6 GHz 330-to-550-W TWT.