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对于传统圆柱状电子注微波器件,当工作频段升高时,由于受尺寸共渡效应,器件的几何尺寸逐渐减小,电子注通道变窄,传输电流减弱,导致加工困难,同时频率的增加,使得损耗增大,输入功率减少。这阻碍了高频率真空电子器件的实现。带状电子注作为一种高亮度、大电流的电子注源,因其特殊的结构特点和技术优势解决了上述难题,逐渐受到越来越多的关注。带状注微波器件具有以下技术优势:展宽电子注,维持固定空间电荷场,增加输入电流,增加功率;运行于截面很小的结构中,故而能工作于毫米波,太赫兹频段;带状电子注器件效率高;平板型慢波结构能够加工,方便安装和调试;体积小,适于模块化,其应用前景十分广阔。简而言之,带状电子注可用于高功率辐射、效率高,所需磁场强度小。为此,本文对器件的核心部件——带状注电子枪进行深入研究。 论文首先从皮尔斯理论出发,深入研究了带状注电子枪的结构特点和工作原理,并在此基础上利用MATLAB软件根据理论公式编写了电子枪初始尺寸的计算程序。基于带状注电子枪的工作特点,设计了抛物面阴极结构、样条插值拟合的聚焦极结构,以及减小了阳极孔效应的阳极结构。联合使用CST和HFSS电磁仿真软件构建了带状注电子枪的初始模型,完成了结构优化和特性分析。 本文主要完成了两款单边压缩电子枪和两款双边压缩电子枪的设计,电子注窄边的压缩比分别为10:1和20:1。分析了电子发射角度和温度、阴阳极间距、阴极和聚焦极的相对位置、阴极位置偏移对电子枪的影响。分析结果表明:注流发散度随着电子发射角度的增大而呈线性增大;电子注宽边方向上的注流发散度随着温度的升高而增大,而在窄边方向上,注流发散度随着温度的升高而减小;随着阴阳极间距离增大,电子注在最初的一定传输距离内快速收敛,而后又很快的发散,电子注被压缩的强度增强,此时,最大电流密度增大,电子注电流减小;当阴极发射表面从聚焦极内侧向外移动时,电子注的压缩变弱,最大电流密度减小,电流升高;阴极在窄边方向上的偏移对电子注宽边方向上的注流发散度影响不大,但是对于窄边方向,当偏移量大于0.01mm时,注流发散度增大很明显,电子注发散很严重。