W波段擴(kuò)展互作用器件電子光學(xué)系統(tǒng)的研究.pdf

1、電子光學(xué)系統(tǒng)主要由電子槍和磁聚焦系統(tǒng)兩部分組成,其作用是作為真空電子器件的能量源,為其提供滿足應(yīng)用要求的電子注,電子槍負(fù)責(zé)電子注的產(chǎn)生,磁聚焦系統(tǒng)負(fù)責(zé)使電子注聚焦,電子光學(xué)系統(tǒng)在許多方面均有重要應(yīng)用,如在高功率微波源、粒子加速器、自由電子激光等。由于真空電子技術(shù)向毫米波、亞毫米波甚至太赫茲波段的的迅速發(fā)展,電子光學(xué)系統(tǒng)的研究又迎來了新的機(jī)會和挑戰(zhàn)。本論文工作主要是對擴(kuò)展互作用器件電子光學(xué)系統(tǒng)展開了研究與設(shè)計(jì),主要內(nèi)容和相關(guān)結(jié)論如下:

2、r>　　對W波段擴(kuò)展互作用器件(EID,Extended Interaction Device)均勻磁聚焦電子光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了研究設(shè)計(jì),采用了三個(gè)線圈和一個(gè)磁極實(shí)現(xiàn)所需要的均勻磁場分布。根據(jù)理論計(jì)算采用有限元法磁學(xué)(FEMM,Finite Element Method Magnetics)仿真軟件對所求磁場進(jìn)行了建模分析,依據(jù)FEMM計(jì)算的磁場結(jié)合靜電電子槍,采用CST仿真軟件對高電流密度、高壓縮比的電子注在均勻聚焦磁場的作用下傳輸進(jìn)行優(yōu)

3、化。根據(jù)理論分析,結(jié)合仿真軟件,對電子槍的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析,并總結(jié)了各個(gè)參數(shù)對電子注的影響,以及聚焦磁場對電子注流通率的影響,總結(jié)得出:對于電子注電流,聚焦極對其影響較大,這也正是聚焦極存在的意義之一。而對于聚焦磁場,磁極對過渡區(qū)磁場影響最大;對于注波動而言,陰極發(fā)射面半徑在3mm附近時(shí)電子束的波動最小。通過一系列仿真優(yōu)化,得到的最優(yōu)結(jié)果為,在工作電壓為14-17kV,陰極發(fā)射電流密度小于20A/cm2的條件下,由皮爾斯電子槍發(fā)射的電子

4、注在均勻磁場的聚焦作用下良好的傳輸,通過率為100％,得到了導(dǎo)流系數(shù)為0.175mP的電子槍,在均勻磁場區(qū)形成了高電流密度、高壓縮比的電子注,注平均電流密度達(dá)到546.17 A/cm2,注壓縮比為33,電子注橫縱速度比為7.2％。
　　根據(jù)優(yōu)化得出電子光學(xué)系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù),在高電流密度電子槍提供的微波源的條件下,對矩形耦合腔慢波結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展互作用振蕩器,進(jìn)行了仿真優(yōu)化。在電子槍導(dǎo)流系數(shù)為0.175mP和陰極發(fā)射電流密度小于20A/cm