毫米波行波管电子枪综合仿真与实验

发布时间：2021-03-25 23:39

　　行波管有着工作频带宽,输出功率大,效率高,环境适应性强等一系列优点,是目前广泛使用的大功率微波毫米波放大器件。在行波管的慢波结构中电子注与电磁波持续交换能量,电磁波因此得到有效放大。电子枪作为行波管产生电子注的重要部件,对行波管的性能有着至关重要的影响。随着频段的升高,电子枪的通道半径越来越小,当波段达到毫米波及以上频段,电子枪的热形变与加工装配产生的误差都会极大地影响电子的层流性和流通率,进而严重影响行波管的整体性能。因此设计一种对结构参数变化敏感性低的高稳定性电子枪是高性能、高可靠性毫米波行波管的有效保障。本文采用阴极磁场浸没流的思想,即磁力线渗透到阴极,且这部分的磁力线与阴极面发射的电子轨迹一致,这样的方法可以增加电子注的刚性。并利用CST仿真软件设计了一款可用于毫米波行波管的电子枪及其相应的浸没流周期永磁聚焦系统,计算结果表明:与传统设计得到的电子枪相比,该枪具有较高的稳定性,在考虑加工误差与热形变时具有更好的静态流通率,并且在考虑注-波互作用时使用浸没流电子光学系统的行波管的性能对尺寸误差不敏感,有着更稳定的互作用性能。本文的主要工作有:1.毫米波行波管圆形注电子枪及浸没流聚... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

一种典型的行波管结构[15]

里渊聚焦的基础上，通过添加附加磁环或改变第一个极靴的形状，使磁力线穿过阴极，并且与阴极发射的电子注轨迹一致[26]。在理想条件下，磁力线与电子轨迹一致，故磁场对垂直于阴极面发射的电子没有影响，但是对不是垂直于阴极面发射的“扰动”电子有着强烈的影响。当电子轨迹因电子枪尺寸变化发生改变时，磁力线与电子注轨迹发生交叉，电子注开始旋转，产生径向聚束力，磁场对电子的横向运动产生抑制作用。因此浸没流对扰动的抑制能力较强，刚度较好。所谓刚度，是指对由干扰造成的电子偏离平衡位置的恢复能力[27]。图1-2浸没流聚焦系统示意图

第二章D波段行波管电子枪及其浸没流PPM聚焦系统设计11在电磁场中电子所受到的电磁场作用力为：()=(+×)(214)式中，m为电子质量，e为电子电荷，为电子速度矢量，为时间。对于稳定电流有电流连续性方程：=0(215)它表示电流不能自行产生与消灭。式（2-10）、（2-12）、（2-14）、（2-15）组成了强流电子光学的基本公式，当确定了电子枪的形状以及电位分布即可利用这些公式求出电子的运动轨迹。2.2.3轴对称皮尔斯枪设计基础本文设计的电子枪为轴对称皮尔斯电子枪，设计的步骤一般为先通过Vaughan综合迭代法[39]计算出电子枪结构的初始值，再使用仿真软件进行仿真优化。在综合迭代法中，我们需要通过设计要求给出如下参数：阳极电压、电子注电流0、注腰半径、以及阴极发射密度。经由该方法计算后，就可以得到电子枪的基本结构参数：阴极截面半径、阴极半锥角、阴极曲率半径、射程、阳极孔半径、阳极曲率半径、阳极头位置等。如图2-1所示为经典的皮尔斯枪结构：图2-1轴对称皮尔斯电子枪基本结构Vaughan综合迭代法的步骤如图2-2所示，首先我们需要计算出导流系数=/3/2与阴极截面半径=√/(),再由=30√假设一个值，这个值可能与最终结果有较大差别，它会在下面的计算中被不断修正。首先根据皮尔斯理论，得到朗缪尔参数（-）：


本文编号：3100529