對多注行波管周期永磁( PPM) 聚焦結構中橫向磁場的分布規律進行了研究，模擬分析了多注PPM 聚焦系統中橫向場的旋轉對稱特性，并對該系統中的電子流通率進行了分析。結果表明，單注PPM 結構設計中普遍采用的橫向磁場設計原則不適用于多注PPM 聚焦結構，因為后者磁場的非旋轉對稱現象將隨著電子通道內徑向位置的增大而增強。本文針對多注PPM 聚焦系統中橫向磁場分布特點，提出了一種多注PPM 聚焦磁場設計的一般性方法，首次將對磁場旋轉對稱性的判斷納入多注PPM 磁場設計中。測試結果證明該方法對多注PPM 聚焦磁場的設計提供了較好的指導作用。

　　多注行波管是在單注行波管的基礎上，采用多電子注技術發展而來的一種大功率微波放大器。由于多注行波管具有頻帶寬、效率高、體積小、工作電壓低以及重量輕等顯著優點，成為近年來引起各國極大關注的一類新型微波電真空器件。多注速調管一般采用均勻永磁聚焦結構與周期反轉聚焦結構，由于體積過大，該類聚焦結構難以應用于多注行波管結構中，因此多注行波管一般采取周期永磁( PPM) 聚焦。目前對多注PPM 聚焦系統的設計一般采用單注結構的設計方法，未對通道孔內磁場的旋轉對稱特性進行考慮。單注PPM 聚焦結構中電子注通道位于結構的旋轉對稱中心，耦合槽對其影響一般較小，孔內的靜磁場基本滿足旋轉對稱分布，電子注受橫向磁場影響亦不大。橫向磁場分布一般隨著電子注通道層數的增多和通道離開系統中心軸的距離的增大而增大，對多注PPM 系統特別是當電子通道數目較多時，橫向場對孔內磁場旋轉對稱分布性的破壞是亟待考慮的問題。特別當PPM聚焦結構設計不合理時，磁場在通道孔內的不對稱特性表現得尤其明顯。

1、多注PPM系統中的橫向磁場分布

　　橫向磁場主要是因為磁系統不滿足旋轉對稱結構而形成的，這里所描述的旋轉對稱結構的中心是指以電子通道為中心。單注PPM 聚焦結構中，在不考慮耦合槽時電子通道內的橫向磁場是嚴格旋轉對稱的，而耦合槽的存在對磁場旋轉對稱特性的影響也相當有限。根據阿莫良夫斯基的理論，如果在極靴處加入鐵制容性加載頭，通道內的橫向磁場將進一步得到抑制，即耦合槽對橫向磁場的旋轉對稱特性的影響將進一步減小。

　　對多注PPM 結構而言，多通道孔的存在會影響其中的磁場結構的分布，通道孔內的橫向磁場也會發生很大變化，多注PPM 系統內橫向磁場強度會隨著電子注通道離開系統中心軸的距離增大而增大。當橫向磁場較小時，孔內的磁力線分布是基本對稱的，如圖1( a) 所示，一般多為單注PPM 聚焦系統的電子通道及多注PPM 聚焦系統的中心注電子通道內磁場分布。這種情況下電子注受橫向磁場的作用很小，電子流通率主要由軸向磁場確定。

圖1 電子注通道內的橫向磁場

　　在電子注通道的邊緣，由于真空磁導率比極靴材料小得多，會有一部分磁力線從極靴內滲入通道孔中，但通道孔內的橫向磁場主要集中在通道的邊緣附近，而通道孔中心軸的傍軸區域內橫向磁場相對較小。如果此時的磁場分布滿足旋轉對稱特性,則橫向磁場對電子注聚焦不會產生明顯影響。極靴中的磁場強度越大，通道孔離對稱中心越遠，通道孔中橫向磁場的影響越大。圖1(b) 是外層電子通道內的磁場分布截面圖，通道內部的橫向磁場相對中心孔有所增大，同時在通道孔的邊緣出現了磁力線分布不對稱現象。圖2為某多注PPM 聚焦系統內的磁場分布圖，其中心孔的磁場分布基本對稱，隨著通道孔遠離軸對稱中心，磁場分布的非對稱現象愈加嚴重。

圖2 PPM 系統磁場分布圖(極靴橫向截面)

結論

　　PPM 聚焦系統中的橫向磁場是影響微波管電子流通率的重要原因之一，橫向磁場的非旋轉對稱特性會使電子注在通道中運動時產生/ 偏心0現象而被通道內壁截獲。傳統的單注結構PPM 聚焦系統中電子通道孔一般位于結構中心，非旋轉對稱性主要受耦合槽影響。對多注PPM 聚焦結構，外層電子通道本身就遠離結構中心，非旋轉對稱特性的存在將不可避免，同時耦合槽對電子通道內磁場的影響也將進一步加大，單注PPM 結構設計中普遍采用的橫向磁場設計原則對于多注PPM 聚焦結構已經不再適用。對某4 注多注PPM 聚焦結構模擬發現，即使通道孔內軸線上橫向磁場與軸向磁場峰值之比小于1%，當填充比大于60% 后，電子流通率也會受到明顯影響。我們針對多注PPM 聚焦磁場的特點，在磁系統設計時首先進行了對橫向磁場旋轉對稱性的判斷，在此基礎上對多注PPM 聚焦系統內的橫向磁場進行了優化。測試結果表明，該方法克服了多注PPM 聚焦磁場在傳統設計方法下外層通道內電子流通率不佳的問題，對多注PPM 聚焦系統的設計起到了較好的指導作用。