[發明專利]一種線性電子注電真空器件的電子槍數學模型的建立方法

有效

• 申請號: 202110942714.4
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113705137B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 胡權;張旭;胡玉祿;朱小芳;黃桃;李斌;楊中海
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F30/33
• 分類號: G06F30/33
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發明屬于電真空器件領域，具體為一種線性電子注電真空器件的電子槍數學模型的建立方法。本發明首先建立陰極電壓、陽極電壓和柵極電壓與電子槍輸出電流之間的關系；然后，建立了電子槍輸出電流與陰極發射面溫度、陰極電壓、陽極電壓和柵極電壓之間的關系；最終，得到電子槍輸出電流與陰極電壓、陽極電壓、柵極電壓和燈絲電壓之間關系(18)完成整個電子槍數學模型的建立。本發明相比電磁仿真軟件具有仿真速度快、時間成本低、建模簡單便捷等特點；并且在進行電源電路仿真時，本發明能夠通過Spice語言轉化為電子槍的電路模型，從而能夠深入研究電子槍端口電路的行為，實現電子槍的電路級仿真和電子槍與的電源系統的系統級仿真。

技術領域

本發明屬于電真空器件領域，具體為一種線性電子注電真空器件的電子槍數學模型的建立方法。

背景技術

行波管(TWT)是廣泛應用于衛星和航天器的轉發器、數據傳輸系統、雷達與電子對抗發射機等末級工具放大器。速調管作為高功率，高增益和高效率微波放大器件，在粒子加速器，可控熱核聚變等離子體加熱，能束武器和空間微波能輸電系統，工業微波加熱等應用場合，占有主導地位。隨著科學技術和中國航天事業的飛速發展，對行波管和速調管的研制和生產提出了迫切的需求。

電子槍在行波管中是產生具有一定形狀、電子能量和電流強度的定向電子束的電子光學系統，而電子注性能的優劣直接影響行波管的整體性能。同時，電子槍也是速調管的核心部件，對速調管的性能有著重要的影響。電子槍的輸出電流影響電子注的性能，電子注的質量直接影響整管性能，而電子槍輸出電流受電壓及電壓紋波的影響。目前，使用MTSS、ANSYS等電磁仿真軟件對電子槍的輸出電流與電子槍各級電壓及電壓紋波的關系的仿真，具有仿真速度慢，時間成本的高，無電路模型等缺點。

發明內容

針對上述存在問題或不足，本發明提供了一種線性電子注電真空器件的電子槍數學模型的建立方法，該模型可以根據電子槍各級電壓快速仿真出電子槍輸出電流的大小，并且通過該數學模型可以建立電子槍的電路模型，實現電子槍的電路級仿真和電子槍與的電源系統的系統級仿真。

一種線性電子注電真空器件的電子槍數學模型的建立方法，具體步驟如下：

步驟1、運用微波管模擬套裝MTSS，設置電子槍模型的各級初始電壓和陰極發射面溫度；其中，陰極發射面溫度設置為T₀，陰極電壓設置為V_k0，柵極電壓設置為V_g0，陽極電壓設置為V_a0，然后掃描柵極電壓和陽極電壓。

掃描結果的各柵極電壓值和各陽極電壓值及其對應的陰極發射電流有：第j個柵極電壓采樣點的柵極電壓為V_g,j，j＝1,2,…,R，R為柵極掃描的采樣點數；第i個陽極電壓采樣點的陽極電壓為V_a,i，i＝1,2,…,Q，Q為陽極掃描的采樣點數；柵極電壓與陰極電壓的壓差V_g-k,j為V_g-k,j＝V_g,j-V_k0；陽極電壓與陰極電壓的壓差V_a-k,i為V_a-k,i＝V_a,i-V_k0；當柵極電壓為V_g,j，陽極電壓為V_a,i時，I_i,j表示對應的陰極發射電流。

在柵極電壓為V_g,j時，對V_a-k,i和I_i,j進行擬合，得到陰極發射電流與陽極電壓關系的陰極發射電流公式：

其中I_j為當柵極電壓為V_g,j時的陰極發射電流，V_a-k為陽極與陰極之間的壓差，A_j和B_j分別為當柵極電壓為V_g,j時陰極發射電流公式的斜率和截距。

根據導流系數公式：