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摘 要

近年来，电子对抗、卫星通信等技术快速发展，毫米波真空器件逐渐向高频率、高功率方向发展，超薄高电流的电子注源成为重要需求，因此带状电子注受到广泛关注。与传统的电子注相比，带状电子注是宽高比值大的薄型截面电子束，空间电荷作用力小，能够在输出一定电流的时候，降低电流密度对聚焦磁场、工作电压要求。同时，带状注能够与慢波结构更好的结合，提高波注互作用效率。电子注形状是椭圆或矩形，结构简单易加工。为此，本文对带状注电子枪进行了研究。

本文用CST粒子仿真研究软件，对带状注电子枪的设计结构进行了调整优化。

本文中介绍了强流电子光学、皮尔斯电子枪基本结构参数的快速运算，为带状注电子枪的设计奠定了一定的理论基础。提出了电子枪的设计流程，在完成的平面椭圆形带状注电子枪的基础结构上，对电子枪的各部分结构尺寸进行调整优化，分析了电子枪结构参数对于电子枪性能的影响，经过优化得到了符合要求的平面带状注电子枪的结构设计。

关键词：带状电子注，平面带状注电子枪，CST仿真，优化

Abstract

With the great demand of high power device, such as electronic countermeasures, satellite communications and other high-power millimeter-wave vacuum devices, thin high-current electron beam source attracted much attention.Sheet beam is one importantkind of high-current electron beam source. Compared with conventional electron beam, sheet beam has many advantages.With a reconfigurable extended width, it can beapplied to increase the output power without increasing the space charge force and simultaneously increasing the current. The sheet beam has a very small lateral dimension which is very suitable for an electron source. In addition, at higher frequencies,the sheet beam structure is suitable for planar slow wave structure. Therefore,a sheet beam gun were studied in this thesis.
In this thesis, we use particle simulation of CST software to adjust the sheet beam gun structure to optimize the design.The high current electron optics and fast computing of Pierce electron gun basic structural parameters were introduced which laid a theoretical foundation of the sheet beam gun design. Asheet beam gun design process was proposed in this thesis. With this process, various physical parameters of the sheet beam gun were adjusted to optimize the sheet beam.This thesis analyzed these parameters with their impaction on the performance of the sheet beam and got a satisfactory design of the sheet beam gun.

Keywords: Sheet beam, sheet beam gun, CST simulation, optimization

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章绪论 1

1.1带状注电子枪研究发展 1

1.2带状电子注的产生 2

1.2.1 直接法产生带状电子注 2

1.2.2 间接法产生带状电子注 3

1.3带状电子注的特点 4

1.4本文研究内容 4

第二章带状注电子枪设计基础及理论 6

2.1电子枪基本理论 6

2.1.1空间电荷效应 6

2.1.2导流系数 6

2.2.皮尔斯电子枪设计 7

2.2.1皮尔斯电子枪理论基础 7

2.2.2轴对称收敛型皮尔斯电子枪计算 9

2.2.3皮尔斯电子枪主要参量 11

2.3.带状注电子枪设计 12

2.3.1阴极设计 13

2.3.2聚焦极设计 14

2.3.3.阳极设计 14

2.4.CST介绍 15

2.5本章小结 15

第三章带状注电子枪仿真研究 17

3.1带状电子注仿真模拟 17

3.1.1 模型建立 17

3.1.2 电子枪的激励源 18

3.1.3 边界条件 18

3.1.4.栅格划分 19

3.1.5仿真结果 19

3.2.带状注电子枪参数优化 22

3.2.1阴极参数分析 22

3.2.2聚焦极参数分析 24

3.2.3阳极参数分析 28

3.3本章小结 30

第四章本文总结与展望 32

4.1.本文总结 32

4.2 展望 33

致谢 34

参考文献 36

第一章绪论

1.1带状注电子枪研究发展

电子光学是物理学中的一个重要分支，在20世纪30年代才成为一门独立的学科，它的理论基础主要是经典力学、电动力学和光学，主要是研究控制自由电子在电场和磁场中的运动。

随着电子光学在不断的深入发展过程中，电子光学逐步建立了完整的理论体系。而在电子光学不断发展、完善以及不断扩展应用领域时，渐渐形成了不同的研究分支。

弱流电子光学，最早研究的一个分类，主要是在电子束管方面加以应用，是电子束管的理论基础。电子光学系统在电子束管中使电子束聚焦成像、偏转，相当于电子透镜和电子棱镜的作用^[11]；

强流电子光学，它的理论基础是建立在电子束发射和电磁场相互作用之上，在强流电子光学中，重要的问题是束的聚焦问题，一般在强流电子光学中电子注横截面不会聚成点，也不会有点成像的相关问题，所以，强流电子光学中的聚焦问题，实际上指的是保证电子注以一定的形状出射和传输。在微波电子管、高能加速器、电子束加工和电子束冶炼等方面获得广泛应用，尤其是在线型微波电子管方面^[11]。

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