ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ АКСИАЛЬНЫХ СИСТЕМ ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ

February 28, 2013 by admin Комментировать »

Аннотация – В работе представлены результаты теоретического анализа двух модификаций аксиально-симметрич- ных электронно-оптических систем со сходящейся оптикой на основе ранее разработанного алгоритма. Получена информация о профиле и распределении плотности тока электронного пучка с учетом токооседания на электродах.

I.                                       Введение

Благодаря широкому применению электронных пучков (ЭП) в электронике СВЧ для создания научно- исследовательских, промышленных, а также бытовых приборов, значительное внимание уделяется вопросам конструирования и повышения эффективности систем формирования потоков электронов. Известно, что для получения информации об электронном пучке используются как теоретические, так и экспериментальные методы исследований [1-2]. Однако, как на предварительной стадии проектирования, так при оптимизации режимов работы электрон- но-оптической системы, целесообразным является ее численный анализ. Проблема широкого спектра теоретических методов расчета заключается в отсутствии универсального алгоритма расчета элек- тронно-оптических систем, что, зачастую, требует поиска индивидуального подхода для решения конкретной задачи. В данной работе представлены возможности алгоритма расчета траекторий движения электронов для аксиально-симметричных элекгрон- но-оптических систем.

II.                              Основная часть

Объектом исследования в данной работе являются две модификации аксиально-симметричных электронных пушек, конфигурации электродов которых приведены на рис.1 и рис.2, где 1 – термокатод; 2 – фокусирующий электрод; 3 – первый анод; 4 – второй анод (только для системы на рис.1).

Рис. 1.

Fig. 1.

Подготовительный этап расчета заключается в задании пространственной геометрии электродов, разбиении их на элементарные участки и определение поверхностной плотности зарядов. После чего возможно определение картины распределения потенциального поля внутри системы [3].

Рис. 2.

Дрозденко А. А. Сумский государственный университет ул. Римского-Корсакова 2, г. Сумы, 40007, Украина тел.: (0542)370318, e-mail: vp@sumdu.edu.ua

Fig. 2.

Используя распределение потенциала и его производных (до 4-го порядка) на оптической оси системы рассчитываются траектории движения электронов [4]. При этом движение электронов описывается нелинейным дифференциальным уравнением 2-го порядка [5], для решения которого применен неявный одношаговый алгоритм Эверхарта. Анализ траекторий движения электронов позволяет получить распределение плотностей тока пучка в любом его сечении. На рис.З представлены распределения плотности тока в сечениях 2, 5 и 8 мм (соответственно кривые 1, 2 и 3) от термокатода для системы, представленной на рис.1 при токе ЭП 7,5мА.

Рис. 3.

Fig. 3.

Аналогичная информация для второй электронной пушки представлена на рис.4, где распределения плотности тока по диаметру ЭП показаны кривыми 1, 2 и 3 соответственно для расстояний 2, 4 и 6 мм от термокатода

Более подробный траекторный анализ первой системы показывает, что при токе 7,5мА начинается оседание электронов на острие анода (рис.1). При увеличении тока до 15мА, оседание составляет 20 % на втором аноде. Для второй системы оседание электронов начинается при 5мА, а при увеличении тока до ЮмА достигает 25 % на аноде. Огибающие ЭП с высокими значениями токов показаны пунктирными линиями на рис.1 и рис.2. Сравнивая результаты моделирования двух систем можно сделать вывод о превосходстве первой системы по величине тока, диаметру кроссовера.

Рис. 4.

Fig. 4.

При расчете задавались потенциалы Uo=0 В, Uai=180B и Ua2=3200 в для первой системы, и Uo=10 В, Ua=600 в для второй системы.

Кроме того, разработанный алгоритм позволяет варьировать распределением плотности тока на эмитирующей поверхности, максимальным разбросом электронов по энергии, средней энергией вылета и предельными угловыми характеристиками.

III.                                    Заключение

в работе представлены результаты реализации алгоритма теоретического анализа двух модификаций аксиально-симметричных систем, который позволяет получить информацию о конфигурации электростатического поля, траекторий электронов, профиле и распределении плотности тока электронного пучка, а также провести учет оседания тока на электродах.

IV.                             Список литературы

[1]   Александров Г. И., Заморозков Б. М., Калинин Ю. А. и др. //Обзоры по электронной технике. Серия «Элетроника СВЧ», 1973, Вып. 8 (108). – 206 с.

[2]   Молоковский С. И. Сушков А. Д. Интенсивные электронные и ионные пучки. – М: Энергоатомиздат, 1991. – 304с.

[3]   Воробьев Г. С., Пономарев А. Г., Дрозденко А. А., Коп- лык И. В. Численное моделирование движения электронов в электрическом поле аксиально-симметричных электронно-оптических систем // Вестник СумГУ. —

2003.    — № 10(56).—С. 135 —144.

[4]   Воробьев Г. С., Дрозденко А. А., Пономарев А. Г., Пуш- карев к. А. Перспективы применения переходного излучения в диагностике высокоинтенсивных электронных пучков // Компрессорное и энергетическое машиностроение. – 2005. – № 2(2). – С. 93 – 97.

[5]   Силадьи М. Электронная и ионная оптика: Пер. с англ.— М.: Мир, 1990.— 639с.

THEORETICAL ANALYSIS OF AXIAL FORMING SYSTEMS OF ELECTRONIC BEAMS

Drozdenko A. A.

Sumy State University

2,         Rymski-Korsakov Str, Sumy, 40007, Ukraine Ph.: (0542) 392372, e-mail: vp@sumdu.edu.ua

Abstract – The theoretical analysis results of two modifications of axial-symmetric electron-optical systems with converging optics based upon previously developed algorithm are presented. The information on a structure and distribution of current density of an electronic bunch taking into account settling on electrodes is obtained.

I.                                        Introduction

Due to the wide application of electronic bunches (EB’s) in SHF electronics for creation of scientific-research, industrial, and also household devices, the significant attention is paid to the problems of designing and efficiency increase of systems for formation of electron streams. It is known, that for reception of the information on an electronic bunch both theoretical and experimental methods of research [1-2] are used. However, its numerical analysis is expedient both on the preliminary design stage, and for optimization of operation modes of the electron- optical system. The problem of a wide spectrum of theoretical methods of calculation is in absence of universal algorithm for calculation of electron-optical systems, and it frequently demands searching an individual approach for the decision of a specific task. In this work some opportunities of calculation algorithm of electron movement trajectories for axial-symmetric electron-optical systems are presented.

II.                                       Main Part

Objects of research in the given work are two modifications of axial-symmetric electronic guns; their configurations of electrodes are given on Fig. 1 and 2.

The preparatory stage of calculation is the task of spatial geometry of electrodes, their splitting into elementary sites and determination of superficial density of charges. Then determination of distribution shape of a potential field inside the system

[3] is possible.

Trajectories of electron movement [4] are calculated using distribution of a potential and its derivatives (up to the 4th order) on the system optical axis. Movement ofeiectrons is described by the nonlinear differential equation of the 2nd order [5], of Everkhart implicit single-step algorithm is applied for its solution. The analysis of trajectories of motion of electrons allows getting distributing of current density of EB in any section. Fig. 3 presents distributions of current density in 2, 5 and 8-mm sections (curves

1,  2 and 3 correspondingly) from a thermo-cathode for the system presented on Fig. 1 at EB current of 7.5 mA.

Analogical information for the second electron gun is presented on Fig.4, where distributing of current density is shown with curves 1, 2 and 3 accordingly for 2, 4 and 6-mm distances.

More detailed trajectory analysis of the first system shows that at the 7.5 mA current settling of electrons begins on the edge of anode (Fig.1). Increasing current up to 15 mA, settling is 20 % on the second anode. For the second system, settling ofeiectrons begins at 5 mA, and increment is up to 25 % on the anode at increasing of current up to 10 mA.

In addition, the developed algorithm allows tuning current density distribution on an emitting surface, by maximal energy spread, middle energy of emission and maximum angular distribution.

III.                                      Conclusion

The results of realization of algorithm of theoretical analysis of two modifications of the axial-symmetric systems are presented in the present work, it allows obtaining information about configuration of the electrostatic field, trajectories of electrons, type and distributing of current density of electron beam, and also conducting the account of settling of current on electrodes.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты