Levenberg-Marquardt算法在行波管电子枪多参量优化中的应用

行波管作为一种广泛应用于电子对抗等领域的真空电子器件，其性能在电子信息化飞速发展的21世纪被提出了更高的要求。电子枪是行波管中一个至关重要的部件，因此电子枪的优化设计是提升行波管性能的有效方式。行波管电子枪根据性能要求由迭代综合法或非迭代综合法计算得到各电极参量的初值后，进一步对电子枪参量进行优化时，一般采用参数扫描法，针对多参量多目标函数优化时往往处理数据量大，优化速度慢。本文构建了对电子枪电性参量、结构参量同时进行优化的Levenberg-Marquardt算法，可以处理多目标函数多参量问题，提高优化效率，并以此为基础对一个可应用于行波管的电子枪的电极参量及其外加磁透镜的磁极参量进行了优化，最终电子枪发射性能参数达到阴极总发射电流2.5114 mA,注腰半径11.23μm,注电流密度633.6504 A/cm²,面压缩比79.2650。     

0.345 THz微电真空FWG-TWT的电子光学系统

对于太赫兹微电真空折叠波导行波管(FWG-TWT)放大器,高流通率是试验测试中首先需要达到的技术指标,是器件连续工作时高效束?波互作用的前提。电子光学系统包括电子枪、周期永磁聚焦系统(PPM)和收集极。本文通过对电子枪的高品质束流的产生、PPM对束流的聚焦2个方面研究束流的直流流通率。首先依据Vaughan迭代综合法初步选定电子枪的基本结构尺寸,然后通过粒子跟踪程序及PIC程序对电子枪的结构参数进行仿真优化,初步实现了0.345 THz FWG-TWT放大器所需的束流品质;进行了电子光学系统的电子枪和PPM的一体化数值模拟,研究了电子的直流流通率,最终流通率模拟结果达到100%。     

交叉场中曲线电子注的研究

对于交叉场系统,本文依形成电子注的综合法,导出了阴极处于任意状态下求空间电荷流和电极形状的普遍解,计算并分析了据此建立的磁控注入式电子枪和正交场电子枪的特性,讨论了阴极表面电场强度和电子初速对电子轨迹和电极形状的影响。     

行波管电子枪改进及过渡区磁场设计的模拟计算

分析了行波管电子枪和过渡区磁场设计的基本原理和方法,结合互作用区分别对高面积压缩比、低导流系数电子枪及其后的过渡区磁场进行改进和设计：首先对加辅助阳极的原电子枪和过渡区的周期聚焦磁场进行优化,在考虑热初速的情况下,对电子枪和磁场再度优化。模拟结果表明：辅助阳极能有效改善高面积压缩比、低导流系数电子枪产生电子注的层流性;电子热初速对电子注质量影响较大;合理的过渡区磁场能为互作用区提供符合要求的电子注。运用此设计对一螺旋线行波管进行模拟计算,达到了良好的效果。     

抗震高可靠电子枪的设计

电视跟踪、电视制导是导弹武器系统的重要组成部份,摄象器件又是其中的关键器件。本文着重从抗震、高可靠方面介绍摄象器件电子枪的结构和性能设计,该电子枪应用于重点军事工程,经多次试验和实际使用,性能稳定,达到了高可靠的要求,是目前国内唯一的抗震高可靠电子枪。     

电子枪的结构设计

结构设计是电子枪设计的重要组成部分。本文给出了电子枪结构设计的基本要求；设计了一把无截获栅控电子枪－芯柱－叠片式电子枪，它简化了工艺结构，并可获得精确的设计参量和高可靠性。     

高性能阴极射线管用电子枪设计的一种新方法

本文描述了阴极射线管所用的一种新型电子枪结构，同时就其它电子枪，即传统设计的电子枪和近来高性能电子枪类型作了比较。     

双坩埚大功率磁偏转电子束蒸发枪的研制

由于硅材料的熔点较高（１４２０℃），难以用传统的电阻加热方式来蒸发硅材料，为产生高纯硅分子束流，特设计出这种能适应于超高真空环境的大功率电子枪，该枪对其它高熔点材料（钨、钼、钽等）同样具有良好的蒸发性能。本文对这种电子枪的原理及性能作一简单的介绍。     

Ka波段大功率脉冲行波管电子枪的仿真设计

介绍了一个输出功率为1ｋＷ 的Ｋａ波段、高电子注通过率脉冲螺旋线行波管电子枪的仿真设计。首先通过工程计算进行电子枪初步设计，在此基础上再分别采用了二维仿真软件TAU和三维仿真软件MTSS、MAXWELL进行电性能精确仿真设计，并采用ANSYS Workbench进行结构可靠性仿真设计，最终的仿真设计方案进行装管测试，得到一只阳极电压18500Ｖ，发射电流 368.7ｍＡ，整管静态通过率高于99％的电子枪。     

彩显管用电子枪系统的设计考虑

本文讨论了影响彩管电子枪分辨率的主要因素，分析了高分辨率电子枪设计思路，并对历年来各大ＣＲＴ公司及相关研究机构开发的主要类型的电子枪作了介绍。     

Low convergent confined-flow Pierce gun for a space TWT

An approach for designing an electron gun for a high efficiency, high linearity space traveling wave tube (TWT), has been presented. A low convergent (<10?:?1) Pierce electron gun of beam perveance 0.43?μP has been designed for a high gain, high linearity and high efficiency C-band 60?W Space TWT using in-house developed two-dimensional FDM based gun and collector simulation code PIERCE. In this gun, the first anode (isolated from the ground anode) has been kept nearly 100?V above the ground anode to act as an ion barrier for increasing cathode life and to regulate beam current over the lifetime of the tube. An M-type dispenser cathode of diameter 3.20?mm has been used for cathode loading of less than 1.0?A/cm² and heater wattage around 3.0?W. The magnetic focusing with integral-pole-piece barrel assembly and periodic-permanent magnets (PPM) have been designed using in house developed two-dimensional FDM based code SUNMAG. The practical problem of linking requisite cathode flux to the cathode for confined flow of the electron beam with low convergence factor has been sorted out by gradually increasing the PPM magnetic field. The magnetic field has been increased in steps from the gun and over the first five magnets varying from Brillouin field (B _B) value to twice B _B for achieving the electron beam with scalloping less than 10%. Agreements between the simulated results and the experimental results for the beam current and magnetic field profile have been achieved within 8%. The dynamic beam transmission (under rf operation of the tube) has been achieved better than 98% in the tube.     

行波管栅控电子枪的动力学模态分析

栅控电子枪作为行波管的“心脏”,其结构的稳定性直接影响着管的脉冲输出性能,特别是在振动应力下的结构可靠性更是当今生产单位关注的重点。利用ANSYS软件对电子枪进行动力学模态分析可以得到电子枪的固有频率和振型,从而在结构设计上避免共振。     

行波管关断方式对应用系统可靠性的影响

行波管在工作一段时间以后其电子枪各极间绝缘电阻可能发生变化,因此针对行波管的特点,设计出可靠的工作电源及行波管关断电路是保证武器装备可靠性的重要因素之一。在行波管电子枪极间绝缘电阻变小时,某应用系统行波管关断电路因不能使行波管完全关断,造成管体温度上升,保护电路动作,从而导致出现了雷达发射机无法及时开启的故障。文中通过对2种行波管关断方式等效电路的讨论,提出了避免应用系统故障的有效关断电路模式。     

W 波段回旋行波管双阳极磁控注入电子枪的设计

回旋行波管是大功率、高频率的微波毫米波器件。根据W波段回旋行波管的要求,设计了双阳级磁控注入电子枪。由电子光学理论,计算得到电子枪的初始参量,然后利用粒子模拟软件MAGIC构造电子枪模型,分析电子枪各个参数对电子注性能的影响,为电子枪设计优化提供了一定的依据。最后优化得到符合设计要求的低速度零散电子枪结构。电子枪阳极电压为70kV,电流10A,电子注速比1.07,电子注横向速度零散0.8%。     

空间行波管电子枪中阴极热形变及冷启动特性研究

本文利用ANSYS软件对空间行波管的电子枪进行了稳态热分析,得到了电子枪阴极温度随灯丝功率的变化结果,计算结果与试验结果一致,验证了ANSYS热分析的正确性。在此基础上分析了阴极的热形变对电子枪性能参数的影响,同时模拟了电子枪中阴极的冷启动情况,得出阴极在-35℃条件下,在210s内阴极温度可以达到正常工作温度980℃。     

毫米波行波管电子枪设计

分析了毫米波行波管电子枪设计方法与厘米波行波管电子枪设计方法的不同特点,并提出了新的设计方法．     

Experimental Investigation of a Novel Circuit for Millimeter-Wave TWTs

A novel folded waveguide circuit that features thick iron pole pieces with hollow centers was built as part of a periodic-permanent-magnet-focused W-band single-stage test-vehicle traveling-wave tube (TWT). These hollow centers, which comprise part of the slow wave circuit, increase the rms axial field and significantly reduce the unwanted transverse field imbalance. For this TWT, a tetrode gun that creates an ultralaminar 20-kV 0.25-A nominal electron beam was used. It was demonstrated that this gun and magnetic structure can provide greater than 97% beam transmission for peak beam power levels as high as 9.25 kW (25 kV, 0.37 A). The unplated circuit, operating around 91 GHz on the edge of a passband, exhibits between 10 dB and 12 dB gain that compares favorably with results of device modeling utilizing the 3D particle-in-cell code Magic3D. Using a feedback approach to characterize large-signal operation, the tube generated 40 W of regenerative oscillator power. Design-optimized versions of this circuit show promise of enabling W-band TWT amplifiers that provide up to 300 W of peak RF output power     

Output characteristics of high-power low-voltage broadband traveling-wave tubes with helical and ring-rod slow-wave structures

The output characteristics of high-power low-voltage broadband traveling-wave tubes (TWTs) of the C-D band are presented. The decisive role of a continuous high-perveance electron beam provided by a sectoral electron gun is demonstrated. The main features of the TWT computation procedure are described and the results of comparison between calculated and experimental data are presented.