本文設(shè)計(jì)了W 波段分布作用速調(diào)管高壓縮比電子槍和均勻場(chǎng)永磁聚焦系統(tǒng)；分析了電子槍區(qū)瓷封邊對(duì)槍區(qū)磁場(chǎng)以及電子注直流通過(guò)率的影響；分析了不同聚焦磁場(chǎng)下的電子槍區(qū)磁場(chǎng)，并進(jìn)行了測(cè)試分析，獲得和模擬相一致的結(jié)果；給出了電子槍區(qū)鐵磁性材料的兩種工程上的可行性解決方案，增大磁屏開(kāi)孔方案和部分瓷封邊替換方案，其中采用瓷封邊部分替換方案可以獲得高的電子槍面壓縮比。

　　分布作用速調(diào)管( extended interaction klystron，distributed interaction klystron，簡(jiǎn)稱(chēng)EIK) 是把行波管寬頻帶和速調(diào)管高功率高增益技術(shù)結(jié)合起來(lái)的一種新型高功率微波和毫米波功率源。與傳統(tǒng)的速調(diào)管相比，EIK 的每一個(gè)諧振腔都由一段多間隙耦合腔構(gòu)成，由于多間隙耦合腔具有較高的阻抗，較低的外Q 值，從而使其具有較大的效率帶寬積，同時(shí)，還可以增加功率容量和提高熱功率容量，降低高頻擊穿的可能性。因此，真空技術(shù)網(wǎng)(http://smsksx.com/)認(rèn)為相對(duì)于傳統(tǒng)速調(diào)管而言，EIK 具有高頻率、高效率、寬頻帶和高可靠性的優(yōu)點(diǎn)；相對(duì)于耦合腔行波管，EIK 又具有高功率、高增益和高穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)。綜合而言，EIK 所具有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下:

　　①EIK 是為數(shù)不多的能夠在毫米波段、亞毫米波段，甚至THz 波段提供高功率、寬頻帶和高純頻譜輸出的真空功率源之一。

　　②EIK 保留了傳統(tǒng)速調(diào)管具有的高可靠性和高功率的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)引入多間隙腔，可在毫米波段達(dá)到更大的輸出功率、更好的效率和更寬的工作頻帶。

　　③EIK 通過(guò)使用階梯高頻電路，使其在毫米波和亞毫米波段具有高的互作用效率和熱穩(wěn)定性，同時(shí)可運(yùn)行在很低的注電壓下。

　　④EIK 的體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積輸出功率大，因而在空間微波系統(tǒng)應(yīng)用中具有很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。由此可見(jiàn)，EIK 在毫米波段、亞毫米波段，甚至THz 波段能夠提供高功率和寬頻帶輸出，以及在小型化和緊湊型空間電子系統(tǒng)中的巨大應(yīng)用潛力，成為微波真空功率源一個(gè)新的重要發(fā)展方向。

　　電子注的產(chǎn)生，形成和聚焦是實(shí)現(xiàn)高性能速調(diào)管最關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題之一。均勻永磁聚焦是高波段分布作用速調(diào)管通常采用的一種聚焦方式。它的優(yōu)點(diǎn)是不需要磁場(chǎng)電源、容易與電子槍的設(shè)計(jì)匹配、電子注的直流和高頻通過(guò)率高等。EIK 的高頻互作用長(zhǎng)度很短的特點(diǎn)使其適合采用均勻永磁聚焦方式。

1、電子槍的設(shè)計(jì)

　　整管的總體設(shè)計(jì)要求電子注電壓為16 ～18kV，電流為0.6 ～0.8 A，為了確保所研制的管子具有較長(zhǎng)的使用壽命，陰極負(fù)載需要取相對(duì)較小的數(shù)值，這里取平均發(fā)射電流密度約為10 A/cm2。電子槍面壓縮比> 100，聚焦極加負(fù)偏壓，起到調(diào)節(jié)電子注入射狀態(tài)和導(dǎo)流系數(shù)大小的作用，聚焦系統(tǒng)為采用均勻場(chǎng)永磁聚焦系統(tǒng)。電子注通道直徑取為0. 5mm，電子注直徑取為0.25 ～0.35 mm，均勻區(qū)聚焦磁場(chǎng)大小約為9000 Gs。根據(jù)注波互作用程序確定互作用區(qū)的最終長(zhǎng)度約為30 mm。

圖1 無(wú)磁場(chǎng)時(shí)的電子軌跡

　　電子槍的結(jié)構(gòu)如圖1 所示，它由陰極、聚焦極和陽(yáng)極構(gòu)成。陰極面直徑取為3 mm，陰極表面曲率半徑為4 mm。設(shè)計(jì)時(shí)電子槍電壓取為16.5 kV，計(jì)算的電流為0.64 A，導(dǎo)流系數(shù)為0.3，此時(shí)電子注注腰直徑大小為0.2 mm，由此知道電子槍的面壓縮比大于225。圖2 給出了從陰極中心到邊緣每個(gè)網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的陰極發(fā)射電流密度，從圖2 中可以看出陰極邊緣發(fā)射電流密度不均勻，通過(guò)陰極邊緣倒圓角的形式可以消除發(fā)射電流密度的不均勻性。聚焦極加負(fù)偏壓時(shí)，導(dǎo)流系數(shù)下降，而聚焦極若加正偏壓，只需很小的數(shù)值就會(huì)導(dǎo)致電子打到聚焦極上而不能進(jìn)入到電子注通道中。

圖2 陰極發(fā)射電流密度

2、結(jié)論

　　本文設(shè)計(jì)了W 波段分布作用速調(diào)管高壓縮比電子槍和均勻場(chǎng)永磁聚焦系統(tǒng)，分析了電子槍區(qū)可伐材料對(duì)槍區(qū)磁場(chǎng)以及電子注直流通過(guò)率的影響，對(duì)比分析了不同工作磁場(chǎng)下電子槍區(qū)可伐材料對(duì)陰極表面中心處磁場(chǎng)的影響，測(cè)試分析與模擬結(jié)果基本一致，給出了電子槍區(qū)鐵磁性材料的兩種可行性解決方案：增大磁屏開(kāi)孔方案和部分瓷封邊替換方案。增大磁屏開(kāi)孔方案是在不改變陰極區(qū)大小腔殼可伐材料的情況下，通過(guò)修改陽(yáng)極磁屏開(kāi)口計(jì)算電子注直徑0.35 mm，電子槍面壓縮比75，電子注層流性良好。部分瓷封邊替換方案是小腔殼可伐材料用不銹鋼材料來(lái)替代，聚焦極支撐筒一部分材料被不銹鋼替代，最終設(shè)計(jì)的電子注直徑約為0.26 mm，電子槍的面壓縮比達(dá)到133。