论文导读：不涉及到电子注与波之间的互作用。简化模型对模拟结果不会有影响。这是由于电磁线包磁场的边缘磁场小于中心磁场。

　　关键词：电磁线包磁场，电子注，模拟

　　一。引言

　　行波管中，从电子枪发射出的电子注在电场加速作用下经过一段无场区进入慢波系统，与慢波系统中传播的高频场发生持续的相互作用。在加速区电子注呈会聚状态，在无场区和慢波系统中由于电子注内的空间电荷排斥力作用，电子注将很快发散变粗。为了使电子注的直径维持不变，以便有效地与高频场交换能量，必须设法在电子注上面加上一个聚束力，来抵消空间电荷排斥力。这个聚束力通常是由外加轴向磁场来产生，产生轴向磁场的装置叫做磁聚束系统。磁聚束系统主要有三种类型：电磁线包聚焦、均匀永磁聚焦和周期永磁聚焦[1-2]。三种系统各有优劣，在微波器件领域周期永磁聚焦研究相对较多[3,4]。而对于需要调节磁场的行波管，电磁线包聚焦更方面合理，它可以通过调节线包电流来调节磁场大小。本文主要以S波段的厘米波耦合腔链慢波系统为例研究线包磁场对电子注特性的影响，具体尺寸见图1。

　　慢波系统的尺寸确定后，行波管的频率范围和相速范围就一定，电子注的加速电压和进入慢波系统速度（）大小范围也一定。电子注进入慢波系统后将在轴向磁场力作用下将作螺旋运动。磁场（磁感应强度）、电子运动速度和电子的螺旋半径r满足关系[5]：

　　（1）

　　从方程1可见电子的螺旋半径r和它的横向运动速度成正比，和磁感应强度B成反比。对于已经设计好了的慢波系统，电子注通道半径是一定的（本文中的半径为7.5mm），如果横向速度过大，电子就会打到腔壁上，所以希望电子注进入慢波系统的横向速度越小越好，最好是平行入射（即，束腰位置进入）。但是，实际上很难做到在束腰位置入射慢波系统。这样，电子注半径有限，电子的横向速度越大，需要的磁感应强度B越大。与电子注入射慢波系统角度有关，随的增大而增大，可以通过研究来研究的影响。边缘电子的最大，因此我们主要研究边缘电子的入射角，文中入射角都指的是边缘电子的。本文利用电磁场模拟软件来定量模拟一定电子注速度情况下，与磁感应强度B的关系，以及B对慢波系统中电子注电流分布的影响，因为电子注电流的分布对行波管的效率影响很大。

　　二。建立模拟模型

　　在本文中，仅研究边缘电子的入射角与所需磁感应强度B之间的关系，不涉及到电子注与波之间的互作用。为了简单起见，我们使用电子注通道半径和长度与实际耦合腔链相同的一个腔代替，因不考虑注与波互作用，简化模型对模拟结果不会有影响。免费论文。我们在模拟中采用单层多匝绕法，线圈直径等于线包多层绕法平均值，两种绕法计算的磁感应强度B差别很小。为了增强轴向磁场的均匀性和减弱进入电子枪区的磁场，在慢波系统的两端和外面都加有屏蔽层。模拟结构如图1所示。

　　图1 模拟实体剖面图

　　三。模拟结果

　　入射角与线包中心磁场的关系的模拟结果见表1和2（表1为电子注未过束腰入射慢波系统情况，表2为过束腰入射慢波系统情况），可见磁场都随入射角的增大而增大。但后一种情况，磁场增大得更快些，这是由于电磁线包磁场的边缘磁场小于中心磁场，在中心区域达到磁聚束要求的磁场时，边缘位置并未达到要求。免费论文。前一种情况时，入射时电子注由边缘向中心运动，磁场的边缘效应对它影响不大，而后一种情况时，电子注向外运动，要求磁场在慢波系统端口要接近于聚束磁场，因此中心磁场相应也就提高了。

　　表1 未过束腰时入射角与磁场关系

　　（o）051015

　　中心磁场（高斯）300400600900

　　表2 过束腰时入射角与磁场关系

　　（o）051015

　　中心磁场（高斯）3005008501200

　　为了研究磁场对电流密度的影响，我们取过束腰情况入射角为10度时进行模拟研究，分别取不同磁感应强度（从600高斯到850高斯）模拟，模拟结果见图2和3。图2为耦合腔链中心区域（即半径r=0附近）上的电流密度分布图。可见在中心区域，电流密度随磁感应强度的增大而增大。图3为径向距离r=6mm附近区域的电流密度分布图。与图2不同，电流密度随磁感应强度变化不明显。因此，电磁线包磁场的大小对耦合腔链中心区域电流密度的影响要大于边缘区域。另外，电子注入射耦合腔链时电流密度在整个发射面是均匀分布的，由于聚束场的作用才引起电流密度分布变化，因此在图3的开始位置电流密度明显高于其它地方。

　　图2 不同磁场下中心电流密度分布

　　图3 不同磁场下边缘电流密度分布

　　图4为过束腰情况入射角为10度，中心磁感应强度为850高斯时的径向电流密度分布图，从图可看出电流密度随半径几乎呈指数降低。免费论文。因此，尽管在入射时电流在入射面是均匀分布的，但由于磁场的作用，高频腔的电子注主要其中于中心区域。其它入射角度下的径向电流密度分布规律类似图4，这里就不详叙。

　　图4 径向电流密度分布图

　　四。结束语

　　用电磁场模拟软件模拟了行波管电磁线包磁场，以及在电磁线包磁场作用下电子注在慢波系统中的运动特性。模拟发现：随着电子注入射角度的增大，维持电子注在慢波系统内作螺旋运动所需的磁感应强度也增大；磁感应强度的大小主要影响慢波系统中心区域的电流密度，对边缘区域的电流密度影响很小；电子注主要其中于中心区域运动，其电流密度随半径增大呈指数减小。

　　参考文献

　　[1] 电子管设计手册编委会。行波管电子光学系统设计手册[C].北京：国防工业出版社，1981年版

　　[2] 电子管设计手册编委会。微波电子管磁路设计手册[C].北京：国防工业出版社，1981年版

　　[3] 吴常津。毫米波耦合腔行波管非旋转轴对称PPM聚集系统中的横向磁场。真空电子技术[J]，2001年（2）：1-7

　　[4] 吴常津。毫米波功率行波管工作电压的限制因素。真空电子技术[J]，2000年（2）：25-27

　　[5] 邮电五O六厂《行波管》编写组。行波管[M].北京：人民邮电出版社，1979年版