行波管过渡区磁场的设计与研究

摘要

由于微波器件是通过电子注和高频电磁场的相互作用，将电子注的直流能量转换为高频场能量的器件，在注波互作用段，需要外加磁场来平衡电子之间的空间电荷力，抑制电子注的发散，因此磁场的设计是行波管设计的一个重点。在电子枪区和互作用区之间存在着一段磁场缓慢变化的过渡区，电子注通过整个过渡区的过程就是电子枪参量与互作用参量之间的匹配过程，即电子注经过过渡区进入周期磁场的第一个恒定峰值时，注半径是否合适，电子注包络的斜率是否为零，理论和实验都表明，互作用内电子注进行能量交换效率的高低与匹配的好坏有很大的关系。但是，由于过渡区内的情况比较复杂，理论分析和实验测量都比较困难，现在还没有完整的理论公式可以使用，需要人工一点一点的调节，设计较慢。在互作用区到收集极区之间的再聚焦区的设计也是一大难点，虽然有一定的理论可以依循，但是不同的行波管电子注状态不同，需要的漂移区磁场有很大的不同。经过再聚焦区磁场后的电子注，最理想的情况是电子可以按照各自的速度进行分类，速度大的电子经过降压可以达到后面的电极上，速度小的电子可以达到前面的降压级上，这样可以使所有的电子在达到电极上时速度都接近零。这样，就可以减小回流率和二次电子的产生，收集极也就几乎不消耗能量。设计好这两段过渡区磁场对于电子注的聚焦和能量的收集有重大意义。
　　本论文使用微波管模拟套装软件 MTSS进行过渡区磁场的设计和研究。论文内容包括以下几个方面：
　　1简单介绍电子光学系统的基本理论。包括电子枪和收集极的基本理论，然后按照理论指导设计了本文中的电子枪和收集极，最后着重介绍电子枪区和互作用区之间过渡区磁场和互作用区到收集极区再聚焦区磁场的现有理论和重要性。
　　2利用微波管模拟套装软件MTSS设计层流性较好的电子枪，利用MFS模块产生磁场，研究磁场的恒定峰值、过渡区磁场的峰值、磁场的周期和磁场的结构尺寸等对电子注聚焦的影响。最后对于磁场峰值和周期的选择给出一定的范围。
　　3通过分析互作用区产生的电子注信息，添加合适的再聚焦区磁场，然后优化收集极，使收集极效率达到最高。主要研究磁场的周期和峰值对电子注性能的影响，其中难点是怎么由互作用段产生较好的电子注和怎么用 MTSS产生需要的磁场分布。

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第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 行波管过渡区磁场的国内外研究历史与现状

1.3 本文的主要贡献与创新

1.4 本论文的结构安排

第二章 电子光学系统的基础理论

2.1 电子枪的基础理论

2.2 收集极的基础理论

2.3 过渡区磁场的基本理论

2.4 本章小结

第三章 电子枪和互作用区之间过渡区磁场的设计

3.1 磁场峰值对电子注性能的影响

3.2 磁场周期对电子注性能的影响

3.3 磁系统结构尺寸对电子注性能的影响

3.4 本章小结

第四章 互作用区到收集极之间再聚焦区磁场的设计

4.1收集极入口文件的产生和分析

4.2 再聚焦区磁场的设计

4.3 收集极的优化设计

4.4 本章小结

第五章 全文总结和展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果