[发明专利]一种cusp电子枪设计方法和装置

说明书

本发明涉及一种cusp电子枪设计方法和装置，涉及毫米波与太赫兹波功率放大器技术领域。其中，该方法包括：获取螺纹波导的色散曲线；根据所述螺纹波导的色散曲线构建cusp电子枪产生的电子束的色散曲线；其中，所述cusp电子枪产生的电子束的色散曲线与所述螺纹波导的色散曲线在工作频段内匹配；基于所述电子束的色散曲线确定cusp电子枪的技术参数。通过以上步骤，能够设计得到与螺纹波导相匹配的cusp电子枪，解决现有电磁波放大器中电子枪性能低的问题。

技术领域

本发明涉及毫米波与太赫兹波功率放大器技术领域，尤其涉及一种cusp电子枪设计方法和装置。

背景技术

螺纹波导是W波段电磁波放大器的核心器件，其能够使电磁波进行模式耦合，在拓展了电磁波带宽的同时也降低了电磁波对速度离散的敏感性，还能增加抑制模式竞争的能力。

在研制W波段电磁波放大器时，需设计高性能电子枪。电子枪产生的电子束能在一定条件下与电磁波进行能量交换从而达到放大电磁波功率的目的。电子枪的性能直接决定了放大器的性能。

电子枪主要分为磁控注入电子枪、皮尔斯枪及cusp(磁会切)电子枪。其中，磁控注入电子枪产生的是环形电子束，这种电子枪对于工作在基波模式下的回旋管是理想的，但是对于工作在谐波模式下的回旋管，则容易产生寄生振荡。皮尔斯枪的缺点是很难工作在连续波模式，而且消耗后的紧密电子束会在收集处表面引发亮点而损坏系统。cusp电子枪可以产生绕轴环形运动的电子束并支持连续波模式，改变阴极处磁场强度就可以控制电子束横纵速度比。

在实现本发明的过程中，本发明的发明人发现：针对W波段电磁波放大器，可选择cusp电子枪。然而，现有技术中并没有提供如何设计高性能cusp电子枪的方案。鉴于此，需要提供一种设计高性能cusp电子枪的设计方案，以解决以往在电磁波放大器中电子枪性能低的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有电磁波放大器中电子枪性能低的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供了一种cusp电子枪设计方法。

本发明的cusp电子枪设计方法包括：获取螺纹波导的色散曲线；根据所述螺纹波导的色散曲线构建cusp电子枪产生的电子束的色散曲线；其中，所述cusp电子枪产生的电子束的色散曲线与所述螺纹波导的色散曲线在工作频段内匹配；基于所述电子束的色散曲线确定cusp电子枪的技术参数。

可选地，所述根据所述螺纹波导的色散曲线构建cusp电子枪产生的电子束的色散曲线的步骤包括：将所述螺纹波导的色散曲线的斜率作为所述电子束的色散曲线的斜率，将所述螺纹波导的色散曲线的截距作为所述电子束的色散曲线的截距，基于所述述电子束的色散曲线的斜率和所述电子束的色散曲线的截距构建cusp电子枪产生的电子束的色散曲线；其中，所述cusp电子枪产生的电子束的色散曲线满足：

ω＝k_zv_z+sω_ce；

式中，ω为辐射频率，v_z为电子束的色散曲线的斜率，其表示电子束运动的轴向速度，k_z为轴向波数，sω_ce为电子束的色散曲线的截距，s为辐射模式,ω_ce为轴向磁场中电子束的角频率。

可选地，所述基于所述电子束的色散曲线确定cusp电子枪的技术参数的步骤包括：根据所述电子束的色散曲线确定电子束的轴向速度、以及正向磁场强度；根据所述电子束的轴向速度、以及电子束垂直方向的速度与轴向方向的速度比，确定所述电子束的速度；根据所述电子束的速度确定电子枪阴极的加速电压；根据电子束的功率和所述电子枪阴极的加速电压，确定电子束电流；根据电子束垂直方向的速度与轴向方向的速度比确定阴极平均半径。