對脈沖柵控行波管來說抑制束流的波動尤為重要。本文使用MTSS 分析了柵網參數和陽極參數對電子注參數的影響，設計了性能良好的脈沖柵控行波管電子槍。為了保證由電子槍提供的電子注能夠較平穩地通過互作用區，通過Maxwell2D 設計了帶開口磁鋼的周期永磁聚焦系統，分析了等幅、增幅和幅值無規則變化三種過渡區磁場電子注波動分別隨磁場起始位置的變化。結果表明采用增幅過渡區，通過優化磁場增幅以及磁場起始位置，能夠有效地減小電子注波動，降低外層電子的離散，改善柵網的透鏡效應帶來的層流性差的問題。

　　行波管是一種非常重要的、不可替代的微波真空電子器件，兼具寬頻帶和高增益的優點，在雷達、通信衛星、空間探測和電子對抗系統等領域具有廣泛的應用，大多數衛星和深空通信系統的高功率放大器都采用的是行波管放大器。作為行波管電子光學系統的重要組成部分，電子槍產生電子注，磁聚焦系統對電子注進行聚焦，如何得到波動較小的電子注，使其能穩定的通過慢波結構，提高整管性能，是行波管研制的一個重要內容。

　　脈沖柵控行波管采用柵極控制的方法，在柵網上加上脈沖電壓來控制電子注的接通與關斷，調制器可以做得很小，所以得到了廣泛的應用。為了減少電子截獲，在無柵槍的基礎上加入采用同心球設計的陰影柵和控制柵，陰影柵和控制柵進行嚴格的對中，稱為無截獲柵控槍。理想情況下，柵網厚度和柵絲寬度均為零，且工作在自然電壓，不會影響電子注層流性，但是實際上柵網有一定的厚度，柵絲也有一定的寬度，因此，不同于連續波行波管和采用陽極控制的行波管等，脈沖柵控行波管除了陽極膜孔效應、熱初速效應、高頻散焦之外，還存在柵網的透鏡效應，柵網附近的等位線發生變化，形成復雜的電場，影響電子軌跡，從而使電子注層流性變差，影響比其他因素大得多，非常不利于電子注的聚焦和注-波互作用。因此，提高電子注的穩定性對柵控脈沖行波管來說尤為重要。

　　本文通過微波管仿真軟件MTSS 和磁場仿真軟件Maxwell，對應用于X 波段脈沖柵控行波管的電子槍和周期永磁聚焦系統進行了優化設計，研究了過渡區磁場對束流穩定性的影響。

1、電子槍設計

　　電子槍的性能會直接影響到行波管的效率、壽命和增益等指標，因此電子槍的設計是行波管設計的重要環節。電子槍的主要參數有導流系數、射程、注腰半徑和層流性等，通過軟件仿真可以觀察電子注的運動軌跡，電子注軌跡交叉得越少，在一定程度上可以表明層流性越好。柵控電子槍的設計一般是在無柵槍的基礎上加上柵網，Vaughan 在1981 年提出了綜合迭代法，能夠快速地確定無柵槍的初始尺寸，由電子注電壓、電子注電流、注腰半徑和發射電流密度就可以算出陰極半錐角、陰極圓盤半徑、陰極曲率半徑、陽極孔軸向距離、陽極孔半徑和注腰位置等電子槍結構參數。柵網的設計主要是柵網的尺寸和位置，具體包括陰柵距離、柵網截止電壓、屏蔽系數、網孔距離和柵絲半徑的確定。

　　通過柵網工作電壓、無柵槍結構參數以及調制電壓大小可以確定以上柵網參數，一般情況下采用正方形柵格進行近似來計算柵絲屏蔽系數，但是輪輻柵網的柵格并不是正方形，在柵絲數目較少時誤差很大，因此建立球面模型來計算柵絲屏蔽系數和柵網截止放大系數。

　　在設計電子槍的時候，需要在保證陰極電流的情況下，使得電子槍具有較遠的射程和合適的注腰半徑，這樣更有利于進行磁聚焦。在MTSS 中進行建模，如圖1 所示。考慮到陽極孔效應和柵網的影響，接下來分析了一些柵網參數和陽極參數對陰極電流、射程和注腰半徑的影響，其中柵網參數包括柵網電壓和徑向柵絲直徑，陽極參數包括陽極電壓和陽極孔半徑。

圖1 柵控電子槍模型

2、結論

　　對于脈沖柵控行波管的電子槍，通過適當地增大陽極電壓和柵網電壓、減小徑向柵絲直徑以及改變陽極孔半徑，能在保證陰極電流的情況下，增大槍的射程，使電子槍具有合適的注腰半徑和較好的層流性; 通過對等幅、增幅和幅值無規則變化三種過渡區磁場電子注波動分別隨磁場起始位置的變化，以及增幅過渡區磁場差值大小不同對電子注波動的影響的分析，可以看出，采用增幅過渡區磁場有利于提高束流的穩定性，增幅不同時，對應有不同的磁場最佳起始位置，隨著過渡區磁場的增大，最佳磁場起始位置逐漸靠近陰極，優化磁場峰值和磁場起始位置之后能夠有效減小電子注波動，降低外層電子的離散。通過設置過渡區第一個磁場峰值為1. 7 倍的布里淵磁場，增幅為100 × 10 ^-4 T，互作用區磁場峰值為2.2 倍的布里淵磁場，磁場起始位置位于注腰位置后2.2 mm 處，在MTSS 中加入磁場文件，進行模擬仿真和計算，穩定后包含95% 電子的電子注波動百分比為13.4%。對于脈沖柵控行波管，設計性能良好的電子槍，選擇增幅過渡區結構及對應的最佳磁場起始位置，能夠有效地減小電子注波動，改善柵網的透鏡效應帶來的層流性差的問題，使電子注能較平穩地通過互作用區。