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行波管电子枪的优化设计

杨作为  
【摘要】:行波管的主要特点是功率大、效率高、频带宽、寿命长,作为微波功率放大设备的核心器件广泛应用在雷达、电子对抗武器和通讯设备中,在国防装备和民用设备都起着重要作用。电子枪用来产生和发射电子注,其性能参数将直接影响行波管的增益、效率、寿命等主要指标,因此电子枪的设计在行波管的整管设计工作中占有重要地位。电子枪的设计与制造涉及电磁场理论、强流电子光学、机械、材料等多个学科,理论和工艺都十分复杂。随着计算机技术的发展,建立在真空电子光学理论基础上的多种微波CAD仿真软件相继出现,缩短了设计周期,节约了实验成本,提高了电子枪设计能力。 目前使用比较广泛的电子枪设计方法是:根据需要设计的电子枪指标计算出电子枪的结构初值,再根据电子枪结构初值在电子光学CAD软件建立初始模型然后仿真计算,然后观察计算结果和设计指标之间的差距,调整电子枪模型尺寸再次仿真直至得到设计所需的性能参数为止。由这个过程也可以看出,如何得到精确的电子结构初值?模拟仿真软件的工作原理和计算精度怎么样?又如何判断仿真结果中电子注性能的好坏?以及如何对电子枪仿真结果进行微调才能更快更好的得到理想的仿真结果?所有的这些问题非常重要,作者正是带着这些问题展开了研究。 论文以优化设计行波管电子枪为主线,主要工作有:1、利用与同类型软件、实验、以及强流电子枪汇集中已有结构进行对比,验证了作者所在教研室参与研发的重点项目“微波管CAD技术”成果UESTC-GUN和MTSS中EOS模块。2对现有电子枪设计初值方法进行了总结归纳,并总结了一种通用性更强的电子枪初值计算方法。3、对电子注层流性进行讨论,总结给出一种比较直观并且能定量判断电子注层流性好坏的方法。4、通过计算初值,利用模拟软件MTSS仿真调整得到了两只符合设计指标的电子枪,该电子枪的设计参数和设计过程总结对行波管电子枪的设计工作有一定的参考价值。


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