為了改善電子注與聚焦磁場的匹配狀態以實現帶狀電子注的長距離穩定傳輸，提出了一種優化的周期凸起磁場(PCM)聚焦結構。與傳統的PCM聚焦結構相比，優化的PCM結構改善了電子注的成形和傳輸狀態，能夠約束帶狀注長距離穩定傳輸。電子槍設計電壓75kV，電流318A，10mm×0.5mm的帶狀電子注由10mm×4mm的橢圓陰極面發射并在單一方向壓縮形成。漂移通道長89mm，橫向截面尺寸為12mm×0.8mm。結果顯示，磁場周期為12mm，峰值為0.24T；電子注傳輸時在高度方向的最大波動尺寸為0.6mm。該聚焦結構同時還能兼容線包聚焦方式，磁場強度和電子注輸時在高度方向的波動尺寸分別為0.31T和0.5mm，束流通過率為100%。

　　近年來，高功率微波器件和技術得到了較快的發展，微波真空電子器件正在逐步向高頻率、高功率、高效率、小型化等方向發展。帶狀注速調管在1938年由俄羅斯人Kovalenko提出，帶狀電子注器件采用大寬高比截面電子注，有效地降低了空間電荷效應，擴大了互作用區域，降低了擊穿的危險，在適中電壓下可以得到大電流。在國外，帶狀電子注在高頻率和高電流密度方向的研究較為熱門，其中加利福尼亞大學Y.Shin等的仿真結果表明帶狀注速調管在94.5GHz有望獲得50kW的峰值輸出功率。在國內，中科院電子所在X波段和W波段帶狀注的研究取得了一定的進展。

　　帶狀電子注產生、成形和穩定傳輸是高功率帶狀注速調管成功研制的關鍵，帶狀電子注可以采用均勻磁場、Wiggler磁場和周期凸起磁場(PCM)磁場聚焦。帶狀注在均勻磁場聚焦的情況下，由于存在Ey×By速度剪切，電子注會出現扭結和撕裂的Diocotron不穩定現象。而研究表明，增強磁場可以有效降低Diocotron不穩定性對帶狀電子注的影響并獲得高傳輸特性的電子光學系統。采用Wiggler聚焦方式，電子注存在橫向擺動可能導致偏轉而被截獲，適用于短距離傳輸時的帶狀注聚焦。中國科學院電子學研究所分別采用線包聚焦和Wiggler聚焦實現了帶狀電子注的穩定傳輸。1993年，Booske證明了由周期磁場約束帶狀電子注是穩定的，同時提出了偏置PCM結構能夠在電子注的兩個方向上提供匹配的聚焦力。PCM聚焦帶狀電子注具有更低的橫向擺動，可以有效抑制自由電子激光等高頻不穩定性，減小因橫向速度的增大引起的軸向速度波動，達到帶狀電子注的高效穩定傳輸。

　　傳統PCM聚焦結構與電子注匹配狀態不佳導致傳輸時的波動過大，可能是導致測試直流通過率低的主要原因之一。相對于傳統PCM聚焦結構，優化的PCM結構改善了電子注與聚焦磁場的匹配狀態，獲得了傳輸波動更小的帶狀電子注。該聚焦系統同時能兼容線包聚焦方式，在磁場強度為0.31T時的電子注波動尺寸更小。

1、優化的PCM聚焦結構

　　電子光學系統的主要設計參數為：電子槍工作電壓75kV，電流3.8A；陰極發射面為10mm×4mm橢圓形；電子注通道橫向尺寸為12mm×0.8mm，長度為89mm。電子注只在y方向上壓縮，x方向基本保持不變，成形后的電子注尺寸約為10mm×0.5mm。EOS是三維微波管模擬器套裝(Microwave Tube Simulation Suite，MTSS)的重要組成部分，可以用于帶狀注電子槍的模擬設計。在EOS環境中建立的電子槍模型如圖1所示，電子注從陰極表面發射后在電場的作用下被加速并壓縮。電子槍區的耐壓是電子槍設計時必須考慮的問題，圖2給出了電子槍區的靜電場分布，該區域的最大電場強度為9×10⁶V/m，能夠滿足耐壓要求。

圖1 電子槍模型

圖2 電子槍區靜電場分布

3、結論

　　針對傳統PCM聚焦結構中電子注與聚焦磁場難以較好匹配的問題，提出了一種優化的PCM聚焦結構。該結構有效地改善了電子注與聚焦磁場的匹配狀態，能夠獲得傳輸波動更小的帶狀電子注。設計的聚焦系統同時能夠兼容線包聚焦方式，且電子注傳輸更穩定。在優化的結構中，無論使用PCM聚焦方式還是線包聚焦方式，都能夠實現帶狀電子注穩定傳輸超過89mm。該傳輸距離能夠滿足高頻系統設計需求，為電子光學系統和高頻系統的研制奠定了基礎。