[发明专利]一种形状约束球面阴极电子枪电子离散发射角计算方法

说明书

本发明公开了一种形状约束球面阴极电子枪电子离散发射角计算方法，包括以下步骤：S1、根据电子发射角度的统计分布确定角度分布函数，并计算其归一化的角度分布函数；S2、利用区域离散的方法得到电子枪考虑热初速下发射角度的离散值；S3、在步骤S2的基础上，把阴极面等效成焦点为球心的聚焦透镜，利用光学原理得到在球面阴极约束下的发射角度。本发明根据电子发射角度的统计分布，确定一种角度分布函数，利用区域离散的方法得到电子枪考虑热初速下发射角度的离散值，再把阴极面等效成焦点为球心的聚焦透镜得到在球面阴极约束下的发射角度，考虑了大量电子的整体效应，保证仿真计算出的结果与实际工作的结果更加相近。

技术领域

本发明属于微波管领域，特别涉及一种形状约束球面阴极电子枪电子离散发射角计算方法。

背景技术

微波管在通信、电子对抗、精密制导等军事电子系统中有着不可取代的作用。电子枪作为微波管中电子注发射和成形的重要部件，直接影响着整个微波管的性能。微波管电子枪通常采用热阴极。在热阴极中影响电子发射的因素主要有逸出功、温度、热初速。其中，热阴极的逸出功和温度可以通过测量得到。电子的热初速包括初始能量和初始角度，一般认为它们符合一定的统计分布规律。在仿真计算中，通常采用宏电子模型。宏电子是大量电子的整体效应，它描述了一小块阴极面上发射出来的电子状态。宏电子热初速的计算模型由电子的统计分布规律的离散值给出。

目前，在电子枪热初速计算模型中，通常仅仅根据电子的统计分布规律的离散值给出，而没有考虑阴极形状对发射角度的约束。对于球面阴极的电子枪，如果发射点发射的是电子，就不需要考虑阴极形状对发射角度的约束。但是在仿真计算中，通常采用宏电子模型，宏电子描述了一小块阴极面发射出来的电子状态，所以宏电子的发射角度就会受到阴极面形状的约束从而向中心轴靠拢。尤其是对于高面积压缩比的电子枪，这种约束会更加明显。为了避免电子枪仿真软件中宏电子的热初速模型因没有考虑阴极形状而带来的计算误差，需要在热初速计算模型中考虑阴极形状对宏电子发射角度的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种根据电子发射角度的统计分布，确定角度分布函数，利用区域离散的方法得到电子枪考虑热初速下发射角度的离散值，再把阴极面等效成焦点为球心的聚焦透镜得到在球面阴极约束下的发射角度，从而保证了仿真计算出的结果与实际工作的结果更加相近的形状约束球面阴极电子枪电子离散发射角计算方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种形状约束球面阴极电子枪电子离散发射角计算方法，包括以下步骤：

S1、根据电子发射角度的统计分布确定角度分布函数，并计算其归一化的角度分布函数；

S2、利用区域离散的方法得到电子枪考虑热初速下发射角度的离散值；

S3、在步骤S2的基础上，把阴极面等效成焦点为球心的聚焦透镜，利用光学原理得到在球面阴极约束下的发射角度。

进一步地，所述步骤S1具体实现方法为：设电子发射时角度的分布密度函数为：

其中电子的发射角度θ是球坐标系中的仰角；角度是球坐标系中的方位角；dΩ为立体角，

对角度的分布密度函数积分得到归一化的角度分布函数为：

其中，F(θ)代表0～θ之间占总发射电子数的比例。

进一步地，所述步骤S2具体实现方法为：用i表示仰角θ的数量；在球坐标系中同一个仰角θ中方位角的数量用j表示；用i·j+1个方向上的发射角度代替整个角度分布；