[发明专利]一种行波管高效率收集极的设计方法

说明书

本发明属于行波管高效率技术领域，具体涉及一种行波管高效率收集极的设计方法。本发明首先在宏观上确定了收集极入口处电子近似满足的物理规律；再结合实际测量的收集极入口电子的能量分布曲线和收集极漂移段的轴上磁感应强度分布测试数据，把能量分布数据通过数值方法构造成适用于收集极仿真计算的接口数据文件，该接口文件符合收集极仿真软件要求的数据格式；把接口文件导入到仿真软件，从而可进行收集极的电压、结构定量仿真优化，进而提升收集极效率。本发明方法简单、准确，能大幅提高收集极设计效率并提高收集极设计性能；有助于降低高效率行波管的研制周期和成本。

技术领域

本发明属于行波管高效率技术领域，具体涉及一种行波管高效率收集极的设计方法。

背景技术

行波管是宽频带大功率的真空电子器件，具有高效率、大带宽、高可靠、长寿命以及抗辐射等特点，广泛应用于雷达、卫星通信和导航等领域。

高效率是行波管的优势，更高效率是其一直以来发展的目标之一；国内高效率行波管相比较于国外具有较大差距。行波管高效率可以节约系统能源，降低系统的有效载荷，增加系统容量，降低热损耗，提高器件的可靠性。

行波管的基本工作原理：电源供电加热阴极，阴极表面电子溢出，在电子枪静电场作用下，加速电子形成一个具有一定能量的电子注，电子注与高频结构中输入的电磁场信号进行互作用，电子注把一部分能量交给电磁场，电磁场因获得能量被放大，最后输出到负载。互作用后的剩余的电子被收集极的静电场减速，把部分能量反馈到电源系统中，没有被收集极回收的能量以热的形式在收集极区域辐射、传导耗散。

互作用后的高能电子的回收对于整个行波管的能源利用至关重要。收集极的设计依赖于收集极入口的电子注的状态。因为电子注与电磁波的互作用过程十分复杂，在互作用出口处的电子的电流密度、速度离散，能量分布等都变得复杂，难以通过实验准确测量实际行波管收集极入口的电子的速度分布、电流密度，当前业内主要通过仿真的方式获得互作用后电子微观状态的估计值。

利用仿真软件可以获得计算的收集极入口电子注的接口文件，利用计算的接口文件可以方便的设计收集极；但是实际的收集极调试证明，收集极入口实际电子能量分布与仿真设计的收集极入口电子能量分布存在较大差异，实际制造行波管的收集极性能相比于仿真设计性能较差。

实际的收集极入口的电子的能量分布曲线可以通过一定测量方法准确测量，但是无法准确获得入口的电子的电流密度和速度分布状态。现有技术一般是对实测的能量分布曲线进行计算，得到实际最佳效率时的收集极电压分布值，然后把最佳效率下的电压值分配到收集极上，再利用仿真软件进行收集极的迭代优化。这种方法缩小了收集极电压的选择范围，更接近实际收集极的最优电压分配。但是没有获得实际收集极入口的电子的速度、电流密度等微观数据，无法定量计算电子的运动和轨迹，导致无法定量分析优化收集极。只能对仿真参数进行趋势判断，还需要多次制造样管进行验证，研制成本增加，同时也限制了收集极效率的提高。

可见本领域有必要寻找相应的方法来转换实际测试的能量分布数据为可适用于仿真设计的电子接口，从而实现把实测收集极入口的能量分布数据更好地利用到收集极的定量设计中。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决现有行波管高效率收集极设计时对于收集极入口的实测能量分布数据不能高效利用的问题，本发明提供了一种行波管高效率收集极设计方法，实现了高效利用收集极入口的实测能量分布数据，使得行波管的收集极设计更加准确高效。

一种行波管高效率收集极设计方法，具体包括如下步骤：