收集效率和回流率是體現(xiàn)多級降壓收集極性能的兩個重要指標，本文嘗試在收集極表面加上一定弧度的磁鋼貼片，以此在收集極內(nèi)引入非軸對稱磁場，通過調(diào)節(jié)磁場的大小和位置，觀察磁場對收集極內(nèi)電子運動軌跡的影響，尋求實現(xiàn)收集極效率的最大化并抑制二次電子回流。針對某一Ku 波段行波管多級降壓收集極，加入優(yōu)化磁場后的計算結(jié)果與未加磁場時相比，各電極電流分布發(fā)生變化，部分電子被更靠后的電極所收集，中頻點處回流率由原來的2.49%降低到0.54%，同時收集效率提高超過3%達到79.07%。收集極性能的改善也為行波管效率的提高提供了保證。

　　行波管是目前軍事裝備上應(yīng)用最廣泛的微波管，效率是衡量其性能的重要指標之一，并且提高行波管效率可帶來可觀的經(jīng)濟效益。行波管整管效率主要取決于電子注與高頻電路的互作用效率,以及收集極的效率。提高收集極效率的一種方法是采用多級降壓收集極。20 世紀50 年代，Wolksein和Sterzer率先成功地將多級降壓收集極(MDC) 應(yīng)用到行波管中實現(xiàn)整管效率提高。之后人們對收集極的結(jié)構(gòu)和形式做了不同嘗試: 結(jié)構(gòu)有軸對稱及非軸對稱等；減速場采用靜電場或者磁場，電場又有均勻場、拋物線散焦電場、雙曲線聚焦電場、傾斜電場等，使用最多的是靜電場收集極。

　　在多級降壓收集極中，二次電子的存在對效率和回流率有重要影響，二次電子回流到高頻互作用區(qū)，會增加熱耗散功率，在高頻輸出窗產(chǎn)生額外的噪聲功率，甚至可能導(dǎo)致整管燒毀；二次電子轟擊到高電位電極，吸收能量，會降低收集極效率。常見的提高多級降壓收集極效率的方法是優(yōu)化電極形狀和電位，并對收集極表面進行材料改性，而非軸對稱磁場對多級降壓收集極性能會產(chǎn)生如何影響，這方面尚未見報道。本文利用微波管仿真軟件MTSS,結(jié)合某一Ku 波段行波管收集極進行非軸對稱磁場的優(yōu)化設(shè)計，目標是實現(xiàn)收集極效率的明顯提高并控制回流率，為實際制管提供可行方案，最后將對初步研究結(jié)果做出討論和分析。

1、磁場設(shè)計

　　電子注在進入收集極之前，由于各種原因，如熱陰極發(fā)射電子的熱初速零散造成電子縱向速度的零散；互作用區(qū)介質(zhì)桿的存在使高頻電場并非軸對稱；磁聚焦系統(tǒng)在高頻輸入輸出端使用開口磁鋼。這些都會造成部分電子運動的非軸對稱性，盡管如此，電子注經(jīng)過收集極再聚焦區(qū)磁場聚束作用后，在對稱結(jié)構(gòu)的收集極內(nèi)，運動軌跡依然呈軸對稱狀。若是在收集極內(nèi)采用軸對稱磁場，將對所有電子產(chǎn)生同樣影響，所以這里引入非軸對稱磁場，希望能像非對稱結(jié)構(gòu)收集極那樣，對電子注運動軌跡產(chǎn)生明顯的偏轉(zhuǎn)效果，達到抑制二次電子返流，提高效率降低回流率的效果。

　　為了不改變收集極結(jié)構(gòu)，本文采用最簡單的方式，通過覆蓋在收集極表面的一片弧形磁鋼，在收集極內(nèi)形成非軸對稱磁場，如圖1 所示。此處磁鋼貼片并非直接接觸電極，而是在整個收集極筒的最外層，所以磁鋼貼片的半徑較大。

圖1 磁鋼貼片示意圖

　　假設(shè)收集極端蓋材料是可伐，磁屏蔽效果好，計算時可忽略再聚焦區(qū)磁場的漏磁，同時考慮到收集極外還要加載翼片輻射散熱，翼片的存在也限制了貼片弧度不能太大，本文計算時貼片角向?qū)��?yīng)的圓心角定為45°，并定義L 為貼片軸向長度，D 為徑向厚度。對于這樣單獨的一塊磁鋼貼片，弧度較小且半徑較大，而電子所處位置與貼片有一定距離，所以能影響到電子運動的磁場很小，其磁場分布接近矩形磁鋼。

結(jié)論

　　本文通過磁鋼貼片在收集極內(nèi)引入非軸對稱磁場，利用磁場來改變電子運動軌跡，盡管受磁鋼貼片尺寸限制收集極內(nèi)磁場不大，沿軸磁場峰值僅有幾十高斯，但對部分橫向運動的原電子和沿軸向返回的低能量二次電子卻有明顯偏轉(zhuǎn)作用，這有助于收集效率的提高并抑制二次電子回流。結(jié)合某一Ku波段行波管多級降壓收集極進行的磁場設(shè)計，結(jié)果顯示優(yōu)化后的磁場回流率顯著降低，從2.49% 減小到0.54% ，同時收集效率提高超過3% ，計算效果良好，滿足工程上制管要求。需要明確的是，非軸對稱磁場對多級降壓收集極性能改善起到的是輔助提高作用，要在電場優(yōu)化得到較高效率的前提下再采用磁場，并根據(jù)收集極具體結(jié)構(gòu)和電場分布對磁場優(yōu)化，最終才能得到理想的設(shè)計方案。