行波管周期永磁聚焦系统及电子光学系统的计算研究.pdfVIP

行波管周期永磁聚焦系统及电子光学系统的计算 张祖泽赵柏甲 (776厂四川成都610051) 摘要：周期永磁聚焦系统及行波管电子光学系统的模拟计算在确定行波管试制方 案、试制中调整和改进方案是必不可少的，设计师、工艺师能有一套自己操作得 较为得心应手的工程应用程序是很重要的。经过几年的探索，将我厂程序和乌克 兰程序结合应用，达到了这样的效果，本文叙述的是一个实例。 关键词：周期永磁聚焦系统，电子光学系统 一、 引言 计算行波管电子光学系统(电子枪、慢波结构通道和收集极)的电子轨迹及 相应的参数时，必须首先计算出电子枪中及其出口后一段过渡区、慢波电路通道 区和收集中及其前面一段再聚焦区轴向磁场强度分布，将己计算出的各区段上轴 向磁场强度分布代入电子光学系统计算程序才能计算电子光学系统的聚焦状态。 周期永磁聚焦系统(PPMs)作为工程计算在通道中可解拉普拉斯方程获得轴向和 径向磁场强度分布的分析表达式，对于电子枪区和收集极区可采用经验表达式。 但严格来说，只有用三维电磁场程序如mafia觯静磁场问题才能计算出包括磁环 和极靴在内的一定空间内的磁位分布，从而求出磁场强度分布，这对于结构复杂、 磁化方向各异的非轴对称永磁系统必须这样计算[1][2]，但大多数行波管都是轴 对称的，PPMs也是轴对称的，乌克兰PPMS程序就[3]就是针对这种情况编写的， 该程序采用边界元法解包括磁环、极靴在内的一定空间的泊松方程，求得空间磁 位分布从而求得磁场强度分布。程序的运行速度较快，具有实际应用价值。 二、 磁场强度分布计算 以行波管B-283为例，首先按乌克兰程序数据文件格式的要求填写磁系统的 尺寸、磁环和极靴的磁性能，然后运行这个文件，达到给定的精度后退出运行， 即可通过介面阅读计算时所赋数据和运行中产生的数据，也可查看由这些数据产 生的图形。当然，形成运行的数据文件是一件比较不直观的事，为解决这个问题， 我们作了一个数据文件接口，由我厂TWTCAD介面直接生成这个文件，这样问题 就简化了。我们由此较快地计算出整套PPMS的轴向磁场强度分布，见图1。 由图1和计算出的数据看到电子枪区磁场强度比较弱，进入电子枪端盖不远 处即反向，在距离端盖约2倍端盖孔直径的位置上轴向磁场强度已衰减得很小， 到阴极中心处磁场强度已小到0．001(T)以下，这与实测结果是接近的，这对 于电子注聚焦是有利的，因为枪区电子注是由电极形成的静电场聚焦成形，外界 磁场的渗入如果不对称或不能适合于已成形的电子注，反而造成电子注的发散。 对于该行波管通道区聚焦需要的轴向磁场强度峰值在0．17一．18(T)之间，计算 得到了这个数据，与实测一致。 三、 电子光学系统计算 当计算出轴向磁场强度分布数据后，代入电子光学系统就可以模拟电子光学 系统中电子注的聚焦，计算出电子光学系统的参数。自然，按乌克兰电子光学程 序要求的数据文件格式形成数据文件是必须的，但各项数据尤其是磁场分布数据 370 的进入不甚方便，而行波管设计师们的精力主要应放在行波管的试制上，模拟程 序应该是他们得心应手的工具，为此，也在我厂TWTCAD介面下给出‘了相应的接 口，以便形成所需电子光学系统的数据文件。这样，我们得到了电子枪、通道、 收集极的模拟结果，如图2，3，4 0 1 2 3 ● 5 5 7 暑 g10 11 12 13 14 侣 1石 17 侣 ●’o mmZ FIF．I．B,KLO,N,GfHI!J雌z PRESSE．1l谨一一要!暑2册——童…矗…一哆-¨口·E『c 图1PPMS轴向磁场强度分布 TAU．PCQI,DB3—1 O由∞O (ZC ∞删 H U 1 00嗤黼 2—S．o∞∞