回旋管收集极收集轮廓设计方法及回旋管收集极和回旋管.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109241638A(43)申请公布日2019.01.18(21)申请号201811076491.2(22)申请日2018.09.14(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人王丽李英鄢然罗勇(74)专利代理机构成都正华专利代理事务所(普通合伙)51229代理人何凡(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称回旋管收集极收集轮廓设计方法及回旋管收集极和回旋管(57)摘要本发明公开了一种回旋管收集极收集轮廓设计方法及回旋管收集极和回旋管。提出了一种电子轨迹逆向追踪法：根据外加引导磁场分布曲线，收集极收集轮廓方程和电子注运动轨迹方程推导出收集密度函数，并建立收集密度函数与收集轮廓、磁场分布之间的关系；通过讨论收集均匀性与外加磁场、收集面积的关系，从而反推出在匀化收集时所需的收集轮廓和磁场分布。由磁场分布可得到电子运动轨迹，并利用该收集轮廓设计出相应的曲面收集极结构，据此，在保证一定功率容量的前提下，实现了收集面积的最大化以及收集的均匀性。一种回旋管收集极，其包括中空的散热结构，散热结构的内部轮廓为根据上述方法设计的收集轮廓。一种回旋管，其包括上述的回旋管收集极。CN109241638ACN109241638A权利要求书1/2页1.回旋管收集极收集轮廓设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据回旋管收集极的收集总耗散功率Ploss和单位面积收集容量Ps，计算收集面积S；(2)根据收集面积S，计算收集轮廓所对应的最优轴向长度L0；(3)根据最优轴向长度L0，计算收集轮廓曲线rw(z)：其中，B(z)为收集极处的轴向磁场，B0为互作用区磁场，rl0为互作用区拉莫半径，r′gmax(z)为引导中心半径r′g(z)的最大值，rg0为互作用区引导中心半径；(4)根据收集轮廓曲线rw(z)，确定收集轮廓。2.根据权利要求1所述的回旋管收集极收集轮廓设计方法，其特征在于，根据收集面积S，计算收集轮廓所对应的最优轴向长度L0进一步包括：(1)计算收集极半径下降r′l时，收集轮廓所对应的轴向长度L1：其中，rl＝γm0v⊥0/eB0为电子回旋半径，γ为相对论因子，m0为电子质量，v⊥0为电子注在互作用区的横向速度，e为电子电荷，rgmax为引导中心外缘半径，μ0为自由空间导磁系数，I0为工作电流，N为线圈匝数，z为收集极Z轴方向坐标；(2)根据轴向长度L1，计算电子回旋一个π相位时所对应的长度L2：其中，Δrg为引导中心外缘半径和引导中心半径的间距，v0为互作用区电子注的总速度；(3)根据轴向长度L1和电子注回旋一个π相位时所对应的长度L2，确定最优轴向长度L0。3.根据权利要求2所述的回旋管收集极收集轮廓设计方法，其特征在于，所述最优轴向长度L0通过以下方法确定：当z∈(0，2000)时，计算z所对应的所有L1值和L2值；并选取所有L1＞5L2中最小的L1作为最优轴向长度L0。4.根据权利要求1至3任一所述的回旋管收集极收集轮廓设计方法，其特征在于，所述收集轮廓通过以下方法确定：(1)选取下列方程解中的最小z值对应的点作为收集轮廓的起点：2CN109241638A权利要求书2/2页其中，θ1为第一电子注进入收集极时的初始相位；(2)选取下列方程解中的最大z值对应的点作为收集轮廓的终点：其中，θ2为第二电子注进入收集极时的初始相位；(3)将根据收集轮廓曲线、收集轮廓的起点和收集轮廓的终点确定的轮廓线段绕z轴旋转360°所得的轮廓即为收集轮廓。5.回旋管收集极，其特征在于，包括中空的散热结构(2)，所述散热结构(2)的内部轮廓为根据权利要求1所述的方法设计的收集轮廓(1)。6.根据权利要求5所述的回旋管收集极，其特征在于，所述散热结构(2)的半径为跟随所述收集轮廓(1)的形状渐变的。7.根据权利要求6所述的回旋管收集极，其特征在于，所述散热结构(2)包括散热本体，所述散热本体外部的上部和下部均设置有多个散热片(3)。8.根据权利要求7所述的回旋管收集极，其特征在于，所有散热片(3)纵向形成直槽型通道式结构。9.根据权利要求8所述的回旋管收集极，其特征在于，所有相邻散热片(3)之间的间距相同。10.回旋管，其特征在于，包括权利要求5至9任一所述的回旋管收集极。3CN109241638A说明书1/7页回旋管收集极收集轮廓设计方法及回旋管收集极和回旋管技术领域[0001]本发明涉及微波技术领域，具体涉及一种回旋管收集极收集轮廓设计方法及回旋管收集极和回旋管。背景技术[0002]回旋管是基于电子回旋脉塞的高功率毫米波放大器，由磁控注入电子枪、高频互作用系统、收集