测量行波管电子注的法拉第筒的热分析

利用ANSYS软件对测量行波管电子注截面的法拉第筒探头进行了热分析研究。分析了在单脉冲情况下,测量各种直径的不同脉冲功率密度的电子注、不同脉冲宽度对法拉第筒温度的影响,研究了测量不同功率密度的电子注可以使用的脉冲宽度。结果表明,仅法拉第筒上的注斑区域温度迅速上升,温度梯度较大,其它部分温度基本不变,为保证法拉第筒能够持续正常工作,在单脉冲情况下,对于功率密度大于5×106 W/cm2的电子注,需使用宽度小于0.5 μs的脉冲,最好是0.1 μs和0.2 μs的脉冲进行测量,与文献结果相符。测量一定功率密度的电子注,需选择合适的脉冲宽度。另外,考虑热量的累积效应,分析了脉冲重复频率对法拉第筒工作温度和散热情况的影响。结果表明,脉冲重复频率设为10~100 Hz是比较合适的。     

用偏压法拉第筒测量强流脉冲离子束

 分析了偏压法拉第筒测量强流脉冲离子束的原理和影响测量准确度的主要因素,研制了一种结构简单的偏压离子法拉第筒阵列,利用该装置测量了200kV小型强流脉冲离子束源的束流密度分布,束流中心密度最大值约为170A/cm²。     

用偏压法拉第筒测量强流脉冲离子束

分析了偏压法拉第筒测量强流脉冲离子束的原理和影响测量准确度的主要因素,研制了一种结构简单的偏压离子法拉第筒阵列,利用该装置测量了200kV小型强流脉冲离子束源的束流密度分布,束流中心密度最大值约为170A/cm2。     

测量电子束流的小型法拉第筒

介绍一种测量束流强度不大于50kA,能量不超过0.8MeV的小型法拉第筒。经标定,此法拉第筒上升前沿小于6ns。已用于契伦柯夫自由电子激光的传输束流测量。     

微型法拉第筒阵列束流均匀性测量

研制了一种用于测量强流脉冲电子束束流均匀性的微型法拉第筒阵列,其直径为22mm,由5个微型法拉第筒组成,最大可测束流密度为38A/mm2。利用该系统测量了二极管阳极靶面的束流密度,得到了阳极靶面束流均匀性的分布情况。结果显示,阳极靶面中心处束流密度高于靶面其他位置,靶面束流存在弱箍缩,束流局部均匀,大面积不均匀,束流密度呈径向分布。该结果与理论预期和仿真计算符合较好。     

微型法拉第筒阵列束流均匀性测量

研制了一种用于测量强流脉冲电子束束流均匀性的微型法拉第筒阵列,其直径为22 mm,由5个微型法拉第筒组成,最大可测束流密度为38 A/mm2。利用该系统测量了二极管阳极靶面的束流密度,得到了阳极靶面束流均匀性的分布情况。结果显示,阳极靶面中心处束流密度高于靶面其他位置,靶面束流存在弱箍缩,束流局部均匀,大面积不均匀,束流密度呈径向分布。该结果与理论预期和仿真计算符合较好。     

四注行波管周期永磁聚焦系统的优化设计

根据电子注参数、布里渊磁场公式及周期聚焦系统轴向磁通密度峰值经验公式,计算出永磁聚焦系统轴向峰值磁通密度,利用Ansoft Maxwell 3D软件建立了四注行波管周期永磁聚焦系统仿真模型,对模型结构尺寸进行了参数化分析,研究了周期永磁聚焦系统结构尺寸对聚焦系统通道内磁通密度的影响,确定了磁聚焦系统结构最佳尺寸配合,优化设计出了四注行波管周期永磁聚焦系统。其电子注通道中心轴线上轴向磁通密度峰值B_z=309 mT,横向磁通密度B_t=2.86 mT,B_t/B_z=0.92%。     

多注毫米波行波管收集极的热设计

为解决多注毫米波行波管收集极的散热问题,保障行波管工作可靠性与稳定性,利用 ANSYS 有限元软件模拟分析了收集极的传热特性,针对性地调整和优化了收集极相关参数与结构。研究结果表明：接触热阻是造成收集极具有较高温升的一个重要因素,由接触热阻所造成的温升约占收集极内外温度差的1/3;并不是第二电极与磁环接触宽度越宽所对应的收集极散热能力就越强,而是在一定工作条件下其散热能力存在极限值;对于绝缘陶瓷材料,应根据绝缘陶瓷的温度特性以及行波管的功率大小来进行选择;翼片式散热器是一种符合设计要求的理想散热结构。     

多注毫米波行波管收集极的热设计

 为解决多注毫米波行波管收集极的散热问题,保障行波管工作可靠性与稳定性,利用 ANSYS 有限元软件模拟分析了收集极的传热特性,针对性地调整和优化了收集极相关参数与结构。研究结果表明：接触热阻是造成收集极具有较高温升的一个重要因素,由接触热阻所造成的温升约占收集极内外温度差的1/3;并不是第二电极与磁环接触宽度越宽所对应的收集极散热能力就越强,而是在一定工作条件下其散热能力存在极限值;对于绝缘陶瓷材料,应根据绝缘陶瓷的温度特性以及行波管的功率大小来进行选择;翼片式散热器是一种符合设计要求的理想散热结构。     

V波段大功率带状注曲折波导行波管

利用曲折波导慢波结构和一个长宽比为3∶1的带状电子注作为注-波互作用电路,完成了对V波段大功率行波管互作用电路的设计。分析了带状电子注通道对高频特性的影响,并在综合考虑色散和耦合阻抗的情况下得到了优化的结构参数。建立了3维的V波段带状注曲折波导行波管的电路模型,并利用CST粒子工作室完成了注-波互作用的仿真研究。研究结果表明,当工作电压和电流分别为17 kV和150 mA时,带状注曲折波导行波管在58~62 GHz时的饱和平均输出功率大于160 W,增益大于34.7 dB。     

行波管栅控电子枪热形变研究

行波管栅控电子枪各组件尤其是阴极和栅网的热形变对行波管电子光学性能有着较大的影响。基于有限元分析方法,利用热力场耦合对栅控电子枪热形变问题进行了研究,结果表明：阳极的总形变量最大,最高处达0.28 mm;控制栅网、阴影栅、阴极及部分支撑结构向着阳极方向发生形变,由温升引起的形变不会使控制栅网和阴影栅发生接触或交叉,而阴极形变量较大时,阴极与阴影栅则存在接触的危险,这对电子枪的工作性能有很大的影响,甚至会使阴影栅烧坏。降低电子截获率,适当增加控制栅网和阴影栅的厚度,使用热传导率高、线膨胀系数低的材料,可以减小栅控电子枪各组件的热形变。      

行波管栅控电子枪热形变研究

行波管栅控电子枪各组件尤其是阴极和栅网的热形变对行波管电子光学性能有着较大的影响。基于有限元分析方法,利用热力场耦合对栅控电子枪热形变问题进行了研究,结果表明:阳极的总形变量最大,最高处达0.28 mm;控制栅网、阴影栅、阴极及部分支撑结构向着阳极方向发生形变,由温升引起的形变不会使控制栅网和阴影栅发生接触或交叉,而阴极形变量较大时,阴极与阴影栅则存在接触的危险,这对电子枪的工作性能有很大的影响,甚至会使阴影栅烧坏。降低电子截获率,适当增加控制栅网和阴影栅的厚度,使用热传导率高、线膨胀系数低的材料,可以减小栅控电子枪各组件的热形变。      

Thermal analysis of electron gun for travelling wave tubes

Thermal analysis of a pierce type electron gun using the FEM software ANSYS and its experimental validation are presented in this paper. Thermal analysis of the electron gun structure has been carried out to find out the effect of heater power on steady state temperature and warm-up time. The thermal drain of the supporting structure has also been analyzed for different materials. These results were experimentally verified in an electron gun. The experimental results closely match the ANSYS results.     

强流电子束入射角二维分布测量方法

电子束与靶物质相互作用时的入射角测量是强流电子束热-力学效应研究中的难点问题. 提出了一种新的基于覆盖不同厚度衰减片微型法拉第筒阵列的电子束入射角测量方法, 与现有方法相比, 可获得具有时域特性和位置分布的强流电子束入射角分布. 以此方法进行了入射角二维分布(r, θ)测量实验, 结果表明, 电子束入射角二维分布与束流箍缩情况紧密相关. 如果箍缩不明显, 则电子主要在自身做回旋运动的同时沿着电力线运动, 多以垂直或者小角度(40°以下)轰击到阳极靶面; 如果箍缩明显, 受E×B漂移影响, 电子束入射角度会明显变大, 从40°以下增至60°左右.     

强流脉冲驱动的X波段多注相对论速调管相位特性

相位特性是目前制约多注相对论速调管放大器进一步拓展应用的关键参数之一,为了有效提高器件输出微波相位的稳定性,利用一维非线性理论对X波段强流多注速调管放大器开展了理论研究,得到由强流脉冲特性引起的腔体杂频以及电子束运动速度变化率是造成输出微波相位波动的部分主要原因,同时基于18注实心电子束构成的X波段多注相对论速调管放大器开展了强流脉冲特性对输出微波频率和相位影响的数值计算,最后利用粒子模拟手段对理论结果进行验证。理论和模拟结果一致表明：强流脉冲的前沿和波动都将导致器件内实际工作频率的偏移,并引起相位波动;在脉冲前沿段,脉冲前沿长度越短,器件内实际工作频率偏移越大,相位波动幅度越大;在脉冲平顶段,脉冲波动导致的频率偏移与电压变化率相关,与电压的幅值无关,而脉冲电压波动导致的输出微波相位波动由电压变化率及其变化幅度两者共同决定。     

行波管电子枪热分析与结构优化设计

利用ANSYS软件建立某Ka波段行波管2 mm阴极电子枪的有限元模型,并进行稳态及瞬态热分析,提取热流矢量图与温度分布图,得到阴极稳态时的温度分布及预热时间。对电子枪样品进行实验测试,得到的实测温度与模拟温度相差2%,因而在误差允许的范围内有限元方法是可行的。根据热流矢量图对热屏蔽筒进行结构优化,优化后,阴极温度比优化前提高了28 ℃,整枪最高温度提高了27 ℃,阴极预热时间缩短了40 s,缩短幅度达到33％。优化后的结构较大程度地提高了阴极的快启动性能,提升了行波管的快速反应能力。     

回旋行波管电子枪阴极热分析

使用有限元分析软件ANSYS对回旋行波管电子枪阴极进行了热分析和形变分析,得到了阴极模型的温度分布和热形变。为了保持阴极发射带表面温度的均匀性,增大了发射带下端与导热介质的接触面积,同时减小了发射带上端处的加热线圈个数,发现温度差由原来的18 ℃减小到了0.9 ℃。在热分析的基础上进行了热形变分析,将形变量结果带入EGUN软件验证,发现电子注的速度比增大,横向、纵向速度零散以及引导中心半径也都有所增加。