[發明專利]一種行波管周期永磁聚焦系統設計方法

有效

• 申請號: 202010984077.2
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112214847B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 胡權;范家暉;胡玉祿;朱小芳;楊中海;李斌
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發明屬于微波真空電子技術領域，具體涉及一種行波管周期永磁聚焦系統設計方法。本發明針對行波管電子槍和磁系統設計中仿真磁場與實際磁場因起始1/4周期差異造成的電子槍仿真結果不同的問題，提出了一種行波管周期永磁聚焦系統設計方法；本發明通過合理設置半周期磁場的峰值配比，使得仿真磁場分布和實際磁場分布的電子槍仿真注型保持一致，有效減少了行波管電子槍和磁系統設計的時間成本和人力成本，極大地提高了行波管電子槍和周期永磁聚焦系統的設計效率。

技術領域

本發明屬于微波真空電子技術領域，具體涉及一種行波管周期永磁聚焦系統設計方法。

背景技術

行波管是一種重要的微波信號放大器，在衛星通信、電子對抗、雷達衛星等軍事領域有著廣泛應用。在電子對抗快速發展的當前時期，高性能行波管一直都是國內外所青睞的選擇。而電子注質量的好壞是行波管能否實現高性能的重要因素。

影響電子注質量的主要因素除了發射電子的電子槍，還有聚焦系統。作為行波管重要的組成部分，聚焦系統的主要作用是聚焦和維持電子注，減小電子注波動，進而獲得最佳注波互作用，實現所需電子效率和輸出功率等性能。聚焦系統對行波管的電子效率、穩定性和壽命等因素都具有直接影響。其中，周期永磁聚焦系統由于具有體積小、重量輕、本身不消耗功率等優點，已成為電真空器件中電子注聚焦的有效方法且被大量用于中小功率行波管。

在行波管設計過程中，利用三維電磁仿真設計軟件計算一次周期永磁聚焦系統，獲得其磁場分布，通常要花2至3個小時。在考慮磁場影響的電子槍設計中，為了獲得良好的電子注軌跡，需要不斷地調整磁場。如果每一次磁場調整，都進行三維聚焦磁場的計算，將極大降低電子槍以及聚焦系統的設計和研制效率。為了節約時間與成本，通常在仿真設計軟件中采用手動設置的仿真磁場替代周期永磁聚焦系統計算的實際磁場分布，在此基礎上對電子槍結構進行優化設計。在仿真電子槍電子注軌跡達到需求后，再根據仿真磁場分布設計周期永磁聚焦系統，計算周期永磁聚焦系統產生的實際磁場分布并回代復算。

但是，通常情況下，手動設置的仿真磁場和根據仿真磁場設計的周期永磁聚焦系統計算得到的實際磁場分布并不能做到完全一致，而其最主要的不同在于起始1/4周期內的磁場分布(參見圖1)。由于周期永磁聚焦系統的邊緣效應，其產生的周期磁場的邊緣并不是嚴格的正弦曲線。而在電子槍仿真計算過程中，通常采用一系列不同峰值的半周期正弦分布來描述磁場分布，并在此基礎上設計電子槍和周期永磁聚焦系統。因此，經常會出現將實際磁場分布回代電子槍后，計算得出的電子槍電子注軌跡與仿真磁場的計算軌跡存在較大差異的情況，從而需要重新設計電子槍。如此反而極大增加了行波管電子槍仿真設計的時間成本和人力成本。因此，減少仿真磁場與實際磁場差異造成的電子注特性的變化，使得利用仿真磁場設計通過的電子槍性能與設計的周期永磁聚焦系統的實際磁場分布下的性能盡可能一致，從而提高電子槍和周期永磁聚焦系統的設計效率，是亟需解決的問題。

發明內容

針對上述存在問題或不足，為解決現有行波管周期永磁聚焦系統設計方法效率相對低下的問題，本發明的目的在于提供一種行波管周期永磁聚焦系統設計方法。在行波管電子槍設計過程中，通過合理設置仿真磁場的峰值，使得仿真磁場與實際磁場的電子槍電子注軌跡仿真結果盡可能保持一致，減少仿真消耗的時間成本和人力成本，提高生產效率。

為實現上述目的，本發明通過以下技術方案來實現。一種行波管周期永磁聚焦系統磁場設計方法包括以下步驟：

S1、根據行波管結構，獲得輸入針到陰極底部的距離L₀、磁鋼長度T₁和極靴長度T₂，結合輸入針前面的磁鋼數量n計算得出正弦周期磁場的第一個峰值距離陰極的位置L(參數對應位置參見圖2)

L＝L₀-n×(T₁+T₂)