多注周期永磁聚焦系统横向磁场的研究

从理论上对多注行波管周期永磁聚焦系统横向磁场的性质以及对电子注聚焦的影响进行了讨论,并借助仿真手段分析了一五注耦合腔周期永磁聚焦系统各电子注通道轴内的横向磁场分布规律,讨论耦合槽结构对横向磁场分布的影响,并对横向磁场造成的电子注偏移进行了粒子模拟。     

行波管长周期永磁聚焦系统的研究

对长周期永磁聚焦系统中电子注的脉动情况进行了系统的研究。在增大磁系统周期的时候,从理论上讨论了高次谐波,磁场参量和空间电荷参量对电子注脉动的影响,最后利用计算机仿真软件OPERA对电子注在长周期磁聚焦系统中的运动进行了模拟。结果表明,理论推导的结果与计算机模拟值相符,可以利用这种方法进行长周期聚焦系统的模拟和设计。     

栅控电子枪设计的新理论

本文介绍近年来在高功率真空电子器件中广泛应用的栅控电子枪的设计新理论,即电子注成形系统与周期永磁聚焦之间的耦合问题和得到的一系列简单关系式。文中还阐述了周期聚焦行波管中电子注成形、传输和收集系统的发散率及其增长理论,这一理论为栅控电子枪、周期永磁聚焦和收集极系统提供了新的设计准则。     

一维阵列电子注平面聚焦系统磁场分布特性

针对平面集成行波管对一维阵列电子注聚焦的应用需求,设计了4通道电子注平面磁聚焦系统。将各通道磁场轴向和横向分量沿轴分布特征计算结果与测试结果进行对比,确认了Opera软件计算磁场分布特征的准确性。为与轴对称周期永磁(PPM)聚焦系统电子注通道内磁场分布特性进行对比,建立了轴对称PPM聚焦系统模型,测试结果与计算结果一致性较好。通过平面聚焦系统与轴对称PPM聚焦系统电子注通道内的磁场纵向和横向分布特性对比表明,两种聚焦系统电子注通道内纵向和横向磁场具有相同的分布特征,在离轴相同位置的圆周上横向磁场分量与轴向分量的比值均为B_x/B_z≈0.11,该平面聚焦系统可实现一维阵列圆形电子注的良好聚焦。     

D波段行波管电子光学系统设计

提出一种用于D波段行波管的电子光学系统设计方案,包括电子枪和永磁聚焦系统,并进行了验证。电子枪采用经典皮尔斯电子枪结构,阴极发射面的外层设置阴极套壳,抑制阴极边缘杂散发射;采用圆柱形控制极替代锥形控制极,同时在聚焦极加负偏压,调节电子注的压缩状态。所设计电子枪工作电压为19 kV,提供电子注电流57 mA,注腰半径为0.068 mm,射程为14.9 mm。为在半径0.15 mm的电子通道中稳定地聚焦和传输电子注,永磁聚焦系统采用周期永磁聚焦系统。峰值磁场为布里渊磁场的2.9倍,增加了电子注刚性。模拟结果显示,传输的电子注最大波动半径小于0.1 mm。按所设计的电子光学系统加工组装了试验流通短管,测试结果显示电子注电流为49.83 mA,收集极电流为49.6 mA,对应电子注流通率达到99.5%,实现了设计目标。     

PRPM聚焦多注速调管电子光学系统的研究

该文采用边界元( BEM )软件TAU对具有周期反转永磁(PRPM)聚焦结构的多注速调管电子光学系统进行研究。通过编写程序增加TAU读入三维磁场数据的功能,从MAFIA中导入三维磁场,分别模拟了处于径向不同位置处电子注的轨迹。通过对磁聚焦系统进行优化设计,外层电子注轨迹得到明显改善。使用软件TAU进行三维模拟可以大大缩短模拟时间,便于多注速调管电子光学系统的工程设计。     

平极靴周期永磁聚焦系统的理论分析及实验研究

前言在周期永磁聚焦的行波管中为了减小电子注的脉动,希望尽量缩小周期。过去由于受永磁材料性能的限制,很难将周期缩得很短。自从钐钴磁钢问世以来,由于其优越的磁性能,使这一问题得到了突破。相应地对于聚焦系统的结构也提出了新的要求。我们曾在一个行波管上试验了周期为7.9毫米的平极靴周期永磁聚焦系统并获得成功。本文介绍此种结构的理论分析及由此所得到的工程计算公式,同时给出实验结果。     

星载栅控行波管电子光学系统设计与实验研究

设计了X波段1600 W星载栅控行波管电子光学系统,详细介绍了电子枪和周期永磁聚焦系统的设计过程,分析了磁场峰值对电子注注腰位置的影响,以此为基础优化了过渡区的磁场,获得电子注与磁系统的良好匹配.在此基础上进行了实验验证,经测试静态流通率达到99.4％,满足了整管的设计需求.     

行波管过渡区磁场的研究与设计

周期永磁聚焦系统因其体积小、重量轻等优点而在行波管中得到广泛的应用。为了进一步改善其特性,文章 通过MTSS 软件对不同磁场聚焦下的电子注进行模拟,结果表明对于不同的过渡区磁场值,使电子注聚焦的磁场的最 佳起始位置不同,它随过渡区磁场值的增大而逐渐远离阴极并靠近注腰位置。这个结果对于PPM 的优化具有重要的意 义。加入优化后的聚焦磁场并使用三维程序对Ku 波段150W 螺旋线行波管的电子注进行模拟,波动由原来的20%降低 为11%;同时降低了所需要的周期磁场的峰值,这有助于实现行波管的小型化。     

耦合腔行波管PPM聚焦系统中横向场的研究

利用电磁计算软件Opera-3d对耦合腔行波管周期永磁聚焦系统中的横向场进行数值模拟计算,分析其分布规律,探讨了影响横向场幅度变化的主要因素,模拟表明横向场增大时会降低聚焦电子注的静态流通率。     

一种高效率多注毫米波行波管的设计模拟

对某Ka波段7注耦合腔行波管慢波系统进行了模拟,分析了多注耦合腔行波管的单腔冷测特性、周期永磁聚焦（PPM）系统以及PPM聚焦系统下的注-波互作用,模拟结果表明：在中心频率34.5GHz处,其饱和输出功率达到829W,增益43.16dB,带宽约1.4GHz,电子效率高达30.37%。     

电子注形状对行波管性能的影响

用于行波管中的大多数电子注都不是很理想的,电流密度随距离和半径而变(即出现了电子注扇形波动)。电子注由于其初始的形成及聚焦特性而存在非层流性,这种非层流性在周期永磁聚焦的管子里非常普遍,而在双模周期永磁聚焦行波管里将显得特别严重。具有这种非层流性的电子注可以用层流电子注来近似,但认为电子注电流密度随电子注半径和电路距离而变。电子注形状不同于理想电子注的主要影响是使行波管的效率降低为理想电子注所产生效率的1/2到1/4。效率的降低强烈地依赖于电子注的尺寸和形状。大多数计算机程序使用具有均匀电流密度的电子注,其电流密度是半径及距离的函数。本文介绍由两个不同的计算机模型所得到的结果,一个和电子注形状(指半径)有关,另一个和电子注扇形波动(即距离)有关。     

行波管中周期永磁聚焦系统的研究

主要讲述了电子注在周期永磁聚焦系统中的运动和磁场选择不当时电子注的脉动情况以及电子注流通率与磁场强度的关系.实验发现,磁场强度并不是越大越好,磁场只在一定范围内才能实现电子注的聚束,电子注流通率与磁场强度成抛物线关系,磁场范围的选取应根据实际情况选择合适的范围.     

太赫兹FWG-TWT电子光学系统的数值模拟验证

结合实验模型,对0.22 THz折叠波导行波管(FWG-TWT)的电子光学系统进行数值模拟验证。首先对电子枪的工作机制进行细致研究和仿真验证,然后对电子光学系统(包括电子枪和周期永磁聚焦结构两部分)进行一体化建模,结合实际,合理设置仿真模型的工作参数及边界条件等。分析影响电子注流通率的关键因素,调整结构参数和束流参数,提高电子注的直流流通率。     

S波段多注速调管电子枪设计

介绍了一种应用于S波段同轴腔高功率多注速调管的电子枪设计方案。该电子枪总电子注数目为40个(内层19个,外层21个),工作电压为60 kV,总电流为300 A(平均分配在40个电子注上),单注导流系数为0.51μP,总导流系数为20.4μP,设计的阴极电流发射密度小于12 A/cm²,电子枪内最大场强为16.6 kV/mm。为使系统小型化,采用周期反转永磁聚焦系统约束电子注,聚焦系统由四组磁钢形成三个磁场均匀区,三个均匀区的磁场逐级增大,最小磁场强度为0.11 T,最大磁场强度为0.12 T。采用三维计算软件对电子注静电轨迹、磁场分布及聚焦轨迹进行了计算和优化,设计的多注电子枪电子注通过率达到了100%。     

多注速调管电子光学系统的研究

本文比较系统地阐述了在多注速调管电子光学系统中开展的研究工作。给出了周期反转永磁聚焦系统的设计方法和设计考虑,讨论了控制极调制多注电子枪设计中遇到的特殊问题和解决方法,建立了计算电子光学系统的二维磁场和电子轨迹计算软件,并应用这些软件设计和研制了S波段200kW多注宽带速调管的电子光学系统。该管输出功率180kW,带宽7.6％,效率44.4％,增益大于45dB,电子注通过率89％,高频通过率69-83％。设计计算与实验结果有较好的一致性。     

基于SDRWS的340 GHz返波管的计算机模拟

采用计算机模拟的方法对一种基于双排矩形波导慢波结构(SDRWS)的340 GHz返波管进行详细研究。首先对返波管所需的电子枪和永磁聚焦系统进行计算机模拟,结果表明,永磁聚焦系统与电子枪相结合,能够产生并维持14~17 kV,43.4 mA的电子注和18~21 kV,56.1 mA的电子注,且电子注电压在14~21 kV之间时,电子注在慢波结构区域的最大半径小于0.08 mm,半径波动最大值为0.034 mm。利用所计算的电子注,对基于SDRWS的340 GHz返波管进行互作用计算,结果表明,当电子注电压在14~21 kV之间调谐时,输出电磁波在326~352.6 GHz之间,输出功率大于2 W。同时,SDRWS的电子注通道半径为0.09 mm,相对较大,降低了返波管的制造难度。     

0.22 THz微电真空折叠波导行波管的聚焦磁场研究

在0.22 THz微电真空折叠波导行波管放大器(FWG-TWT)的设计中,为了保证在电子枪中产生的、具有所需电流密度的电子注能够稳定、成型地注入互作用区,并维持较高的电子通过率,需仔细设计磁场聚焦系统。本文在 FWG-TWT 中使用螺线管线圈和周期永磁聚焦系统(PPM)2种磁场结构来实现电子束流的稳定注入和传输。通过三维仿真软件对此电子光学系统进行模拟计算,重点考察了磁场的初始位置、磁感应强度峰值以及磁体厚度等对电子束传输特性的影响。仿真结果表明,在合理的参数范围内,电子注静态通过率可以接近100%,波动很小,能够实现束流的稳定注入和传输。     

同轴电子注双模行波管中实心注与空心注的相互作用

本文将介绍一种实现双模技术的新方法。该器件用了低电压实心的连续波电子注和高电压空心的脉冲电子注,它是最近为美国空军航空电子学实验室(AFAL)研制的,合同号为F33615-79-C-1863。连续波功率是由周期永磁聚焦结构内的连续波电子注的不间断工作产生的。在脉冲工作期间,用连续波电子注的空间电荷来稳定注入于实心注外围的高电压空心电子注。本文给出对不同工作参量下实心注与空心注之间,电子注与螺旋线之间,实心注——螺旋线——空心注之间的相互作用的研究结果,并讨论了诸如康夫纳(Kompfner)下沉和双注放大作用等重要物理现象,还讨论了产生同轴电子注的电子枪的最终设计。     

带状电子注聚焦系统设计

通过理论分析、数值模拟和实验研究了PCM 结构聚焦椭圆带状电子注的可行性。利用三维PIC 粒子模拟软 件模拟了椭圆带状电子注在PCM 结构行程的周期磁场中的传输过程,结果显示：截面为10x0.4 mm2 的椭圆带状电子 注在12x0.8 mm2 的矩形通道中稳定长距离传输120mm 无截获。对PCM 聚焦结构的磁场进行了测试,测试结果与数 值模拟结果相符。实验并研究了该PCM 聚焦系统约束带状电子注的能力,测试用速调管的设计电压为75kV,在56.8kV 时的直流通过率达到52.1%,并随着工作电压的升高呈上升趋势。