电磁线包磁场对慢波系统电子光学特性的影响论文导读：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⑼： （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 7.5mn），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，最好是平行人射（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），可见磁场都随人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 （0）0 5 1015中心磁场（高斯）300 400 600 900 表2过束腰时入射角与磁场关系 （o）0 5 10 15中心磁场（高斯） 300 500 8501200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 仁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1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。
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