行波管電子光學(xué)發(fā)射模型及數(shù)值模擬分析.pdf

1、行波管是一種高增益的寬帶微波/毫米波功率放大器件，廣泛用于數(shù)據(jù)通信、電子對(duì)抗、預(yù)警飛機(jī)、雷達(dá)、精密制導(dǎo)中。行波管電子光學(xué)系統(tǒng)由電子槍，磁聚焦系統(tǒng)和多級(jí)降壓收集極三部分組成，內(nèi)容涉及電子注的產(chǎn)生、成形、維持和收集。電子槍用于產(chǎn)生電子注，通過聚焦系統(tǒng)維持一定的截面形狀，在互作用區(qū)產(chǎn)生能量交換和信號(hào)放大。電子注的質(zhì)量和相關(guān)參量從根本上決定了諸如效率、增益、工作穩(wěn)定性和噪聲特性這樣一些行波管的重要參量。多級(jí)降壓收集極用于收集“工作完了”電子的能

2、量，提高裝置的總的效率、節(jié)約能源。采用計(jì)算機(jī)模擬和CAD技術(shù)是改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高行波管參量的重要手段。本論文是總裝備部軍事電子預(yù)研“十五”重點(diǎn)項(xiàng)目：“寬帶大功率行波管CAD技術(shù)研究”中的“電子槍CAD技術(shù)研究”及“多級(jí)降壓收集極CAD技術(shù)研究”子課題的相關(guān)研究。 本論文主要工作和創(chuàng)新之處在于： 1.系統(tǒng)地介紹了電子光學(xué)系統(tǒng)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，最新進(jìn)展和今后的發(fā)展方向。分析和討論了電子光學(xué)CAD技術(shù)中常用的數(shù)值計(jì)算方法。研

3、究和建立了行波管電子光學(xué)系統(tǒng)的基本方程以及旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱系統(tǒng)中靜電場，靜磁場的物理模型和物理方程。建立了考慮相對(duì)論修正的電子運(yùn)動(dòng)方程和電子軌跡方程。 2.推導(dǎo)了軸對(duì)稱收斂電子槍的球面發(fā)射模型，以改善利用平板發(fā)射模型對(duì)電子槍進(jìn)行模擬計(jì)算引入的誤差。采用球面發(fā)射模型對(duì)一系列電子槍進(jìn)行了模擬，將計(jì)算結(jié)果中的導(dǎo)流系數(shù)，面積壓縮比，注腰半徑與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及國內(nèi)外主要電子光學(xué)軟件計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。同時(shí)結(jié)合研究所的管型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在充分考慮溫度

4、，相對(duì)論效應(yīng)影響情況下對(duì)球面發(fā)射模型下的陰極電流發(fā)射密度J進(jìn)行了一定的修正。 3.系統(tǒng)地研究了二次電子發(fā)射模型?？紤]了真二次電子，彈性反射電子以及非彈性發(fā)射電子的發(fā)射系數(shù)，角度分布，能量分布。選用了幾種電極材料進(jìn)行模擬，比較了考慮和不考慮二次電子以及電極材料對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。同時(shí)考慮了二次電子的二次電子發(fā)射。將該二次電子發(fā)射模型應(yīng)用到了模擬軟件中。 4.在UESTC_GUN以及UESTC_MDC軟件基礎(chǔ)上，將所研究的發(fā)射