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回旋振荡管电子枪组件热分析

[导读]通过热力学有限元分析软件ANSYS建立电子枪有限元模型,并对模型进行了热分析和形变分析。为了让阴极发射带的温度更加的均匀,优化设计了阴极加热灯丝的位置。

 高功率毫米波具有波束窄、方向性强、分辨率高、能量密度大、抗干扰与杂波的性能强等特点,在受控热核聚变研究中对等离子体加热、雷达和电子对抗有着广泛的应用前景;在其他方面的应用包括通讯、遥感技术、工业上的微波加热、材料处理以及医疗等。回旋振荡管是一种高频率、大功率的新型毫米波、亚毫米波器件,它利用电子注在磁场中回旋频率的变化及电子的相对论效应发生群聚,让电子枪发射出的电子注与电磁波相互作用,激发产生高能量的微波辐射。回旋振荡管结构相对简单,在毫米波和亚毫米波段能产生高脉冲峰值功率和连续功率,有着其他的微波器件无法比拟的优势,因而在国内外受到了高度的重视。回旋振荡管中磁控注入电子枪是回旋管关键部件之一,它的热性能对回旋管的质量、可靠性和寿命有着重要的影响。回旋管在正常工作时,阴极是电子枪中温度最高的部分,它的温度一般可高达850℃。对于电子枪而言,它既要有一定的温度以便于产生足够强的电子注,本身的温度又不能过高以免阴极蒸发,避免电子枪烧毁。在如此高的温度下,阴极组件不可避免地会产生受热形变,而形变的结果又会直接导致它所发射的电子注的一些重要性能指标发生变化,所以适当的温度控制及形变分析在制管过程中对电子枪的设计至关重要。


国内外也开展了一些对电子枪进行热分析的工作,这些工作提供了大量非常有指导意义的内容,但是针对回旋振荡管磁控式注入电子枪组件的热分析国内还未见报道。本文利用ANSYS软件,完成了对回旋振荡管磁控注入电子枪组件的热分析和形变研究,为回旋振荡管磁控注入式电子枪的设计提供理论依据和可靠的参数,并为工程上的制管提供了一个修正量。


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