X波段速调管电子光学系统的研究

论文摘要

速调管是以高功率、高增益和高效率为显著特征的微波放大器件，在国防、军事、医疗、科研等方面得到了广泛应用。电子光学系统是速调管的重要组成部分，主要研究电子注的形成、电子注与聚焦磁场之间的相互作用的问题，其主要分为电子枪区、聚焦磁场区和收集极区三部分。电子注是微波能量的来源，速调管输出功率是从被微波源激励的电子注中获得的，因而电子注的性能很大程度上决定了微波管的性能。因此，对电子光学系统的设计与研究具有特别重要的现实意义和应用前景。本论文以多普勒气象雷达用X波段大功率脉冲速调管电子光学系统为研究对象，论述了单注轴对称电子光学系统的设计过程。课题研究过程中利用了EGUN、ANSYS、CST等CAD计算软件，采用了二维到三维过渡的方案。电子枪设计时以成熟管型的电子枪为原型，利用二维软件找到影响电子注成形的主要因素，对各种因素的影响进行分析，不断对电子枪进行优化，得到满足本管要求的电子枪，再代入三维计算软件中验证二维结果的可靠性。在聚焦系统设计过程中，在双极筒形永磁聚焦系统的基础上进行修正，采用单极筒形永磁聚焦系统的结构，屏蔽了双极聚焦系统在收集极区产生的强反转磁场，使电子注在收集极区能够很好的发散。在聚焦系统设计过程中同样先利用了二维软件对永磁聚焦系统进行模拟，再进行三维验证。本文将设计结构应用于整管进行测试验证，模拟计算结果与实验测试结果比较表明，三维软件模拟结果比二维软件更加准确，所设计X波段大功率脉冲速调管电子光学系统满足实际用管要求，本论文采用的研究方法是可行的。本课题的研制成功为整管的设计提供了保障，并且其二维到三维的设计方法还可以为今后其它类型的电子光学系统的研制提供借鉴和参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 速调管的基本结构
• 1.2 速调管的基本功能和原理
• 1.3 速调管的发展、应用及发展趋势
• 1.3.1 速调管的发展史
• 1.3.2 速调管的应用
• 1.3.3 速调管的发展趋势
• 1.4 微波管电子光学系统 CAD 发展
• 1.5 速调管电子光学系统
• 1.5.1 电子枪
• 1.5.2 聚焦系统
• 1.5.3 收集极
• 1.6 研究 X 波段大功率脉冲速调管电子光学系统的意义
• 第二章 电子光学系统基本理论及相关计算机模拟软件
• 2.1 强流电子光学基础理论
• 2.1.1 强流电子光学基础
• 2.1.2 电子注的形成
• 2.1.3 电子注的聚焦
• 2.2 电子光学系统模拟软件简介
• 2.2.1 电子光学模拟软件分类
• 2.2.1.1 静态轨迹模拟方法
• 2.2.1.2 PIC（Particle In Cell）模拟方法
• 2.2.2 电子模拟软件简介
• 2.2.2.1 EGUN 软件及其模拟方法
• 2.2.2.2 MAXWELL 软件及其模拟方法
• 2.2.2.3 CST 软件及其模拟方法
• 第三章 X 波段大功率速调管电子光学系统设计与模拟
• 3.1 电子枪的主要性能参数
• 3.2 X 波段大功率速调管电子光学设计步骤
• 3.3 电子枪的设计与模拟
• 3.4 聚焦系统的设计与模拟
• 3.4.1 聚焦系统基本参量的确定
• 3.4.2 聚焦系统初步设计与模拟
• 3.4.3 双极筒形聚焦磁场的设计与模拟
• 3.5 收集极的设计与模拟
• 第四章 实际制管测试结果
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果