[發(fā)明專(zhuān)利]一種行波管高效率收集極的設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110532257.1
• 申請(qǐng)日: 2021-05-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113361076B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王小兵;胡權(quán);鄧文凱;朱世龍;高鸞鳳;胡玉祿;朱小芳;李斌;楊中海
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;H01J23/027
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專(zhuān)利中心 51203
• 代理人: 閆樹(shù)平

本發(fā)明屬于行波管高效率技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種行波管高效率收集極的設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明首先在宏觀上確定了收集極入口處電子近似滿(mǎn)足的物理規(guī)律；再結(jié)合實(shí)際測(cè)量的收集極入口電子的能量分布曲線(xiàn)和收集極漂移段的軸上磁感應(yīng)強(qiáng)度分布測(cè)試數(shù)據(jù)，把能量分布數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)值方法構(gòu)造成適用于收集極仿真計(jì)算的接口數(shù)據(jù)文件，該接口文件符合收集極仿真軟件要求的數(shù)據(jù)格式；把接口文件導(dǎo)入到仿真軟件，從而可進(jìn)行收集極的電壓、結(jié)構(gòu)定量仿真優(yōu)化，進(jìn)而提升收集極效率。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確，能大幅提高收集極設(shè)計(jì)效率并提高收集極設(shè)計(jì)性能；有助于降低高效率行波管的研制周期和成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于行波管高效率技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種行波管高效率收集極的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

行波管是寬頻帶大功率的真空電子器件，具有高效率、大帶寬、高可靠、長(zhǎng)壽命以及抗輻射等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、衛(wèi)星通信和導(dǎo)航等領(lǐng)域。

高效率是行波管的優(yōu)勢(shì)，更高效率是其一直以來(lái)發(fā)展的目標(biāo)之一；國(guó)內(nèi)高效率行波管相比較于國(guó)外具有較大差距。行波管高效率可以節(jié)約系統(tǒng)能源，降低系統(tǒng)的有效載荷，增加系統(tǒng)容量，降低熱損耗，提高器件的可靠性。

行波管的基本工作原理：電源供電加熱陰極，陰極表面電子溢出，在電子槍靜電場(chǎng)作用下，加速電子形成一個(gè)具有一定能量的電子注，電子注與高頻結(jié)構(gòu)中輸入的電磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行互作用，電子注把一部分能量交給電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)因獲得能量被放大，最后輸出到負(fù)載?；プ饔煤蟮氖Ｓ嗟碾娮颖皇占瘶O的靜電場(chǎng)減速，把部分能量反饋到電源系統(tǒng)中，沒(méi)有被收集極回收的能量以熱的形式在收集極區(qū)域輻射、傳導(dǎo)耗散。

互作用后的高能電子的回收對(duì)于整個(gè)行波管的能源利用至關(guān)重要。收集極的設(shè)計(jì)依賴(lài)于收集極入口的電子注的狀態(tài)。因?yàn)殡娮幼⑴c電磁波的互作用過(guò)程十分復(fù)雜，在互作用出口處的電子的電流密度、速度離散，能量分布等都變得復(fù)雜，難以通過(guò)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確測(cè)量實(shí)際行波管收集極入口的電子的速度分布、電流密度，當(dāng)前業(yè)內(nèi)主要通過(guò)仿真的方式獲得互作用后電子微觀狀態(tài)的估計(jì)值。

利用仿真軟件可以獲得計(jì)算的收集極入口電子注的接口文件，利用計(jì)算的接口文件可以方便的設(shè)計(jì)收集極；但是實(shí)際的收集極調(diào)試證明，收集極入口實(shí)際電子能量分布與仿真設(shè)計(jì)的收集極入口電子能量分布存在較大差異，實(shí)際制造行波管的收集極性能相比于仿真設(shè)計(jì)性能較差。

實(shí)際的收集極入口的電子的能量分布曲線(xiàn)可以通過(guò)一定測(cè)量方法準(zhǔn)確測(cè)量，但是無(wú)法準(zhǔn)確獲得入口的電子的電流密度和速度分布狀態(tài)?，F(xiàn)有技術(shù)一般是對(duì)實(shí)測(cè)的能量分布曲線(xiàn)進(jìn)行計(jì)算，得到實(shí)際最佳效率時(shí)的收集極電壓分布值，然后把最佳效率下的電壓值分配到收集極上，再利用仿真軟件進(jìn)行收集極的迭代優(yōu)化。這種方法縮小了收集極電壓的選擇范圍，更接近實(shí)際收集極的最優(yōu)電壓分配。但是沒(méi)有獲得實(shí)際收集極入口的電子的速度、電流密度等微觀數(shù)據(jù)，無(wú)法定量計(jì)算電子的運(yùn)動(dòng)和軌跡，導(dǎo)致無(wú)法定量分析優(yōu)化收集極。只能對(duì)仿真參數(shù)進(jìn)行趨勢(shì)判斷，還需要多次制造樣管進(jìn)行驗(yàn)證，研制成本增加，同時(shí)也限制了收集極效率的提高。

可見(jiàn)本領(lǐng)域有必要尋找相應(yīng)的方法來(lái)轉(zhuǎn)換實(shí)際測(cè)試的能量分布數(shù)據(jù)為可適用于仿真設(shè)計(jì)的電子接口，從而實(shí)現(xiàn)把實(shí)測(cè)收集極入口的能量分布數(shù)據(jù)更好地利用到收集極的定量設(shè)計(jì)中。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述存在問(wèn)題或不足，為解決現(xiàn)有行波管高效率收集極設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于收集極入口的實(shí)測(cè)能量分布數(shù)據(jù)不能高效利用的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種行波管高效率收集極設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了高效利用收集極入口的實(shí)測(cè)能量分布數(shù)據(jù)，使得行波管的收集極設(shè)計(jì)更加準(zhǔn)確高效。

一種行波管高效率收集極設(shè)計(jì)方法，具體包括如下步驟：