行波管多級(jí)降壓收集極CAD技術(shù)研究.pdf

1、行波管廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通訊、廣播、電子戰(zhàn)、高功率微波武器研究、高能物理、電子對(duì)抗等各種電子設(shè)備中，是一種非常重要的微波器件。在行波管中，電子交給高頻場(chǎng)動(dòng)能，而電子注與行波場(chǎng)的相互作用又要求維持同步條件，因而電子的效率比較低。采用多級(jí)降壓收集極，收集“工作完了”電子的能量，可以提高裝置的總的效率、節(jié)約能源。尤其是在一些高功率系統(tǒng)中，總體功率的消耗是首要的問題，如空間衛(wèi)星通訊、移動(dòng)通訊等系統(tǒng)。使用多級(jí)降壓收集極的一個(gè)附帶優(yōu)點(diǎn)是減少了高功率器

2、件的冷卻裝置。具有高收集效率的多級(jí)降壓收集極的研究開發(fā)在國(guó)際上受到了高度的關(guān)注。 傳統(tǒng)上開發(fā)多級(jí)降壓收集極主要憑經(jīng)驗(yàn)，存在周期長(zhǎng)、花費(fèi)大等問題。采用CAD技術(shù)可以縮短研制周期、減少節(jié)約經(jīng)費(fèi)等特點(diǎn)。在國(guó)外，降壓收集極CAD技術(shù)已成為開發(fā)收集極的重要工具。而國(guó)內(nèi)在這方面尚有不足。 本文首先介紹了收集極和收集極CAD的發(fā)展歷程，然后討論了多級(jí)降壓收集極的工作原理和電子在收集極內(nèi)運(yùn)動(dòng)的物理過程和數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了電子運(yùn)動(dòng)方程。利用

3、數(shù)值計(jì)算的方法求解了收集極內(nèi)的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、空間電荷效應(yīng)、電子運(yùn)動(dòng)方程等。在此基礎(chǔ)上，編制了多級(jí)降壓收集極CAD軟件Collector4。 該軟件中，采用有限差分法求解泊松方程，松弛法計(jì)算靜電場(chǎng)電位分布，龍格一庫塔法求解電子運(yùn)動(dòng)軌跡方程。利用追蹤電子運(yùn)動(dòng)軌跡求解各電極上的電流和返回電流。 該軟件適用于模擬采用圓柱坐標(biāo)、旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的收集極?？捎脕碛?jì)算靜電場(chǎng)的分布，注入電子的運(yùn)動(dòng)軌跡，注入電子與收集電極碰撞產(chǎn)生的二次電子的軌