用5 种不同的电子光学软件对微波管电子枪进行模拟计
模拟电子技术第五版基础习题与解答
模拟电子技术第五版基础习题与解答在电子技术领域，模拟电子技术是一门至关重要的基础学科。
对于学习者来说，通过做习题来巩固知识、加深理解是必不可少的环节。
《模拟电子技术第五版》中的基础习题涵盖了丰富的知识点，能够有效地检验我们对这门学科的掌握程度。
接下来，让我们一起探讨其中的一些典型习题及其解答方法。
我们先来看一道关于二极管的习题。
题目是这样的：已知一个二极管在电路中的工作电流为 10 mA，其导通压降为 07 V，求该二极管在电路中消耗的功率。
解答这道题，我们首先要明确功率的计算公式，即功率等于电压乘以电流。
在这个例子中，电压就是二极管的导通压降 07 V，电流为 10 mA（换算为 001 A）。
那么，二极管消耗的功率 P ＝ 07 V × 001 A ＝0007 W ＝ 7 mW。
再来看一道三极管的习题。
假设一个三极管的放大倍数为 50，基极电流为20 μA，求集电极电流的值。
对于三极管，集电极电流等于放大倍数乘以基极电流。
所以，集电极电流＝50 × 20 μA ＝1000 μA ＝ 1 mA。
下面这道题涉及到放大器的分析。
一个共射极放大器，输入电阻为1 kΩ，输出电阻为5 kΩ，电压放大倍数为－100。
若输入电压为 1 mV，求输出电压。
首先，根据电压放大倍数的定义，输出电压等于电压放大倍数乘以输入电压。
所以，输出电压＝－100 × 1 mV ＝－100 mV。
接下来是一道关于反馈电路的习题。
在一个反馈电路中，反馈系数为 01，输入信号为 5 V，求反馈信号的大小。
反馈信号等于反馈系数乘以输入信号，即 01 × 5 V ＝ 05 V。
在模拟电子技术中，运算放大器的相关习题也非常常见。
比如这样一道题：一个理想运算放大器组成的反相比例放大器，反馈电阻为 10kΩ，输入电阻为1 kΩ，输入电压为 2 V，求输出电压。
根据反相比例放大器的公式，输出电压等于（反馈电阻/输入电阻）×输入电压。
CT问答题
9
Siemens和GE16层探测器排列
1. Siemens公司16层CT螺旋扫描模式
模式 床速范围 螺距
16×0.75 mm 12~36mm/s 8~24(0.5~1.5) 16 ×1.25 mm 24~72mm/s 8~24(0.5~1.5) 2.GE公司16层CT螺旋扫描模式 16×0.75 mm（采用中间16探测器） 16 ×1.25 mm（采用全部24排探测器）
18
.何谓扫描时间.重建时间和扫描周期？它们的关系如何？
扫描时间：是指X线管和探测器阵列围绕人体旋转 扫描一个层面所需的时间. 周期时间：从开始扫描.图像重建一直到图像的显示， 这一过程称为周期时间. 重建时间：是指计算机的阵列处理器，将扫描原始 数据重建成图像所需的时间. 三者的关系：周期时间多数情况下是扫描时间和重 建时间的总和。特殊扫描时，扫描后的重建未结束， 就可以开始下一次扫描。因此，周期时间并非始终 是扫描时间和重建时间之和.
16
双源CT成像原理?
双源CT成像原理同64层CT。 特点：是可利用两个X线管发射不同的能量，
两种不同的能量对不同的物质其衰减不相同， 利用两种不同的能量进行特殊检查 结果表现在3个方面： （1）对血管和骨骼进行直接减影; （2）可对某些组织，如肿瘤组织进行特征性 识别； （3）对人体体液成分进行识别。
10
多层螺旋CT的优势
1.扫描速度快，X线管旋转一周可扫多层图像，只需0.33～0.5s 2.多层螺旋CT可在一次屏息间期内进行大范围的容积扫描，使 多平面重组，三维影像重组得以实现 3.造影剂利用率高，使大范围的血管造影实时成像 4.脑血管减影.CTU.心脏冠脉造影.脑功能成像等得以实施 5.密度分辨率、空间分辨率、时间分辨率都高 6.伪影大幅减少 7.CT引导穿刺活检定位更准确 8.提高X线利用率，减少X线管的负荷，病人接受X线计量大幅 降低
二次谐波回旋行波管Cusp电子枪的模拟与实验研究
文 章 编 号 ： １ ０—３ ２ ２０ ）１０ ０—５ ０ １４ ２ （０ ７ ０ —１ ７０
二 次谐 波 回旋 行 波管 Ｃ ｓ ｕｐ电子 枪 的模 拟 与 实验 研 究
雷文强 ， 赵军平 张恩官 ， 赵 军 ，
（ ．中 国工 程 物 理 研 究 院 应 用 电子 学 研 究 所 ，四川 绵 阳 ６ １ ０ ｝ ２ １ ２９０ ．宽达 微 波 通 讯 公 司 ， 都 ６ １３ ） 成 １７ １
细的物 理分析 Ｌ］但 他 没给 出计算 电子 速度 比的公 式 ； 州 大学 戴维 斯 分 校在 实 验基 础 上 给 出了计 算 电子 速 １， 。 ” 加
度 比的理 论公 式 ， 用 Ｅ ｕ 并 ｇ ｎ软 件 模拟 进行 对 比， 理 论公 式 中需 要 假定 电子注 外半 径 的初值 ［ ； 但 ｛ 日本 福 井 大
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第 １ ９卷 第 １ 期 ２０ ０ ７年 １ 月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ Ｐ ０Ｗ ＥＲ ＬＡＳ ＥＲ ＡＮＤ ＡＲＴＩ Ｐ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ ． ９ ＮＯ １ １１ 。 ．
Ｊｎ ２ ０ ａ ．， ０ ７
摘 要 ： 利 用 ３ Ｉ 件 和 乌 克 兰 开 发 的 电 子 光 学 计 算 软 件 Ｔ Ｄ ＰＣ软 ＡＵ 对 二 次 谐 波 回旋 行 波 管 Ｃ ｓ ｕｐ电 子 枪 进行 模 拟 ， 取 电 子 的 ３维 运 动 速 度 计 算 横 纵 速度 比 。 在 阳极 电 压 和 阴极 电 流 变化 的 条件 下 ， 电子 速度 比 提 对 和 速 度零 散 随之 而 变 化 的情 况 进行 了模 拟 ， 到 平 均 速 度 比 １ １和 平 均 速 度 零 散 ９ ５ 的结 果 基 于 电子 平 得 ． ．％
皮尔斯电子枪的PIC模拟
ｔｈｅｒｍａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｍａｋｅ ａ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ Ｗｅｒｅ
ｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｉｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｇｕｎ ｗａｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．
Ｈｉ班一ｃｕｒｒｅｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｇｕｎ Ｓｅｒｉｅｓ．１１１ｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｔｒａｓｔｅｄ ｗｉｔｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｂｙ ＭＡＧＩＣ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄ：Ｐｉｅｒｃｅｇｕｎ，Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｎ Ｃｅｌｌ，ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｏｐｔｉｃｓ，，Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ
１．本文首先对粒子模拟方法进行了综述，重点介绍粒子模拟方法的基本原理， 包括宏粒子模型、有限尺寸大小粒子模型以及本文程序设计模拟电子枪系统ＰＩＣ 模拟采用的静电模型。对粒子模拟软件ＭＡＧＩＣ和ＭＡＦＩＡ所具有的特点及其应 用情况进行了介绍。
２．介绍了皮尔斯电子枪的发展，总结了皮尔斯电子枪的关键设计参量，研究 了在空间电荷效应及发射电子热初速影响下发射电流在极间的流通规律并对３／２ 规律进行了修正，阴极电子初始热速度对电子注成形和电子注质量的影响，并对
ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｏｐｔｉｃｓ，ＳＯ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｉｔｓ
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｈａｓ ｇｒｅａｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｏｐｔｉｃｓ．Ｔｈｅ ｕｓｕａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｃｅ ｃｈａｒｇｅｓ
ｆｏｌｌｏｗｓ：
Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｐａｒｔｉｃｌｅ－ｉｎ－ｃｅｌｌ（ＰＩＣ）ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｏｆ ＰＩＣ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ Ｍａｒｃｏ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｍｏｄｅｌ，ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ—ｓｉｚｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｍｏｄｅｌ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔｏ
模拟电子技术第五版基础习题与解答
模拟电子技术第五版基础习题与解答在电子技术的领域中，模拟电子技术一直占据着重要的地位。
它是电子信息工程、通信工程、自动化等专业的基础课程之一。
《模拟电子技术第五版》作为一本经典教材，其中的基础习题对于学生理解和掌握这门课程的知识具有至关重要的作用。
首先，让我们来看看一些关于半导体基础知识的习题。
半导体器件是模拟电子技术的基石，理解其工作原理和特性是学好这门课程的关键。
例如，有这样一道习题：“解释为什么在纯净的半导体中掺入少量杂质可以显著改变其导电性能？”对于这道题，我们需要明白，纯净的半导体中载流子浓度很低，而掺入杂质后会形成施主能级或受主能级，从而增加了载流子的浓度，使得导电性能得到改善。
再比如，“比较 N型半导体和 P 型半导体在导电机制上的差异。
”这道题要求我们清楚 N型半导体中主要是电子导电，P 型半导体中主要是空穴导电，并且要能够详细阐述其形成原因和导电过程。
在二极管这一章节，也有不少具有代表性的习题。
“分析二极管在正向偏置和反向偏置时的电流特性，并解释其原因。
”在解答这道题时，我们要知道在正向偏置时，二极管的 PN 结变薄，电阻减小，电流容易通过；而在反向偏置时，PN 结变厚，电阻增大，只有极小的反向饱和电流。
还有“利用二极管的单向导电性，设计一个简单的整流电路，并计算其输出电压和电流。
”这样的题目则需要我们将理论知识应用到实际电路设计中，通过计算来确定电路的性能参数。
三极管是模拟电子技术中的核心器件，相关的习题更是复杂多样。
“阐述三极管的放大作用原理，以及如何判断三极管的工作状态。
”这道题要求我们深入理解三极管的结构和工作原理，知道三极管通过控制基极电流来实现对集电极电流的放大作用。
判断工作状态时，需要根据基极电流、集电极电流和发射极电流之间的关系，以及各极之间的电压来确定。
又如“设计一个共射极放大电路，计算其电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。
”这就需要我们综合运用三极管的放大原理、电路分析方法以及相关的计算公式来完成。
模拟电子技术第五版基础习题与解答
模拟电子技术第五版基础习题与解答在电子技术的学习中，模拟电子技术无疑是一座重要的基石。
而对于学习模拟电子技术的同学来说，通过基础习题的练习和正确的解答来加深对知识的理解和掌握是至关重要的。
首先，让我们来谈谈模拟电子技术的一些基本概念。
模拟电子技术主要研究的是连续变化的电信号，例如电压和电流。
它涉及到半导体器件，如二极管、三极管等，以及由这些器件组成的各种电路，如放大器、滤波器、振荡器等。
在基础习题中，经常会出现关于二极管的问题。
二极管是一种最简单的半导体器件，但它的特性却非常重要。
例如，会让我们计算二极管在不同的电路中的导通和截止状态，或者分析其在整流电路中的作用。
就拿一个简单的二极管整流电路来说，假设输入是一个正弦交流电压，我们需要判断在正半周和负半周二极管的导通情况，从而得出输出电压的波形。
在正半周，二极管导通，电流可以通过；在负半周，二极管截止，没有电流流过。
通过这样的分析，我们就能理解二极管是如何将交流信号转换为直流信号的。
三极管也是模拟电子技术中的核心器件之一。
习题中可能会涉及三极管的放大作用、输入输出特性曲线的理解，以及三极管组成的共射、共集、共基三种基本放大电路的分析。
比如说，在共射放大电路中，我们要考虑三极管的静态工作点设置是否合适，以及输入信号在不同频率下的放大情况。
这就需要我们熟练掌握三极管的工作原理和相关的电路分析方法。
还有一类常见的习题是关于集成运算放大器的。
集成运算放大器具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特点，广泛应用于各种模拟电路中。
在习题中，可能会让我们设计一个基于集成运算放大器的加法器、减法器或者积分器、微分器等。
要完成这些设计，就必须清楚集成运算放大器的“虚短”和“虚断”概念，以及各种运算电路的基本结构和工作原理。
再来说说滤波器，这也是模拟电子技术中的重要内容。
滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
习题可能会要求我们根据给定的技术指标，设计相应的滤波器电路，并计算其参数。
高峰值功率多注速调管电子光学系统的研究
子 光学 问题 ， 是 计算 时 间极 长 ， 要较 高 的计 算 机配 置 。为 此 ， 但 需 我们 采 取 了一 种 立 足 于单 注 电子 光 学 系 统 的 间 接设 计方 法 ， 用 ２维 和 ３维 软 件组 合 模拟 来 辅助设 计 。这 样 既 可 以利 用 单 注 电 子 光 学系 统 设 计 中 的丰 富 利 经验， 又能 够使设 计工作 非 常经 济 。具 体说 来 ， 计步 骤如 下 ： １步 ： 设 第 高次 模 多 注 电子 光 学 系统 的 多注 电子 枪
了分析 ， 提 出 了应对措 施 。设 计 了 Ｓ波 段 ５ 并 ０ Ｍｗ 多 注 速 调 管 的 电 子 光 学 系 统 。采 用 ２维 电 子光 学 软 件 Ｅ ＧＵＮ、 ３维 电磁模 拟软 件 ＭＡＦ Ａ 和 Ｐ Ｃ粒子 模 拟程序 对该 电子 光学 系统 进行 了模拟 。 Ｉ Ｉ
１ 间 接 设 计 方 法
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第 １ ８卷
第 ９期
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡＳＥＲ Ａ ＮＤ ＰＡ ＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖｏ ． ８， ． １ １ Ｎｏ ９
Ｓｅ ｐ．， ０ ２０ ６
２０ ０ ６年 ９月
文 章 编 号 ： ｌ Ｏ 一３ ２ ２ ０ ） ９ １ １ — ５ Ｏ ｌ４ ２ （ ０ ６ ０ — ５ ９ ０
对 于旋 转对 称 结构 的 电子光 学 系统 ， 已经 有 相 当成 熟 的设 计方 法 ， 且 相关 的 ２维 电子光 学软 件 计算 精 度 并 也非 常 可靠 ］ 。高 次模 多注 速调 管 电子 光学 系 统 的结构 所发 生 的变化 ， 得 此 前 的直接 设 计方 法 不再 适 用 。 ２ 使
(常考题)人教版初中九年级物理下册第二十一章《信息的传递》测试题(包含答案解析)
一、选择题1．关于能源、信息和材料，下列说法正确的是（）A．光纤通讯主要利用电信号传递信息B．条形码扫描器中的光敏二极管使用的材料是半导体材料C．我国的北斗卫星导航系统是利用超声波进行定位和导航的D．超导体材料可以应用于电饭锅并使其效率提高2．当你唱卡拉 OK 时，要用到话筒（麦克风）．如图所示为动圈式话筒构造示意图．当你对着话筒唱歌时，声音使膜片振动，与膜片相连的线圈也跟着一起振动，线圈在磁场中运动产生了电流，这样就将声音信号转化成电信号．图所示四个实验的原理与话筒原理相同的是A．B．C．D．3．关于电与磁的材料，下列说法中正确的是（）A．地磁场的磁感线是从地球南极附近发出回到北极附近B．导体在磁场中运动就一定会产生感应电流C．在真空中，无线电波的传播速度小于光的传播速度D．集成电路中的三极管是利用超导体材料制成的4．关于信息的传递与能源，下列说法不正确的是A．风能、水能、地热能及核能属于一次能源B．目前核电站是利用核聚变发电C．导线中电流的迅速变化会在空间激起电磁波D．光纤通信是利用激光在光导纤维中的反射来传递信息5．我国自主研制的首个载人空间试验平台——“天宫一号”完成历史使命，并于2018年4月荣归故里，2日8时15分左右，“天宫一号”进入大气层，入落区位于南太平洋中部区域，绝大部分器件在进入大气层过程中烧蚀销毁．关于“天宫一号”信息，下面说法正确的是A．“天宫一号”下落时相对于地球是静止的B．“天宫一号”进入大气层，机械能转化为内能C．“天宫一号”正常工作时传输数据利用的是超声波D．“天宫一号”电池板工作原理是机械能转化为电能6．如图是宇航员驾车在月球上进行科学考察的情景，下列说法中正确的是A．图中伞状的物体是用来接收和发射超声波信号的B．宇航员的质量变小了C．宇航员能听到发动机的“隆隆”声D．月球车装配的太阳能电池板可以将太阳能转化为电能7．在一堂物理活动课上，同学们正以“假如没有了……”为主题展开讨论．以下是几位同学提出的五个具有代表性的观点：其中合理的是①假如没有了地球引力，物体的质量仍然存在；②假如没有了摩擦力，一阵微风也可以吹动停在平直轨道上的火车；③假如没有了磁体周围的磁场，世界上就再也不会有电流的产生；④假如没有了导体的电阻，导线将无法导电；⑤假如没有了电磁波，我们将无法进行信息交流．A．①②B．②③C．③④D．④⑤8．下列关于信息的传递的说法中，正确的是A．声、光和微波中，只有微波能够传递信息B．固定电话、移动电话、广播和电视都是利用导线中的电流传递信息的C．收音机的天线和手机天线一样，既可以接收电磁波，也可以发射电磁波D．微波通信、卫星通信、光纤通信、网络通信都可以用来传递信息9．下列关于光的说法正确的是（）A．影子和水中倒影都是由于光的直线传播形成的B．镜面反射和漫反射都遵循光的反射定律C．实像和虚像的成像原理相同D．红外线和紫外线的性质相同10．下列关于地球同步通信卫星的说法中，错误的是（）A．同步卫星处于平衡状态B．同步卫星的机械能守恒C．同步卫星相对于地球静止D．同步卫星使用微波进行通信11．下列说法正确的是（）A．图甲，“倒车雷达”、“手机接打电话”都是利用了蝙蝠回声定位原理B．图乙，盆景自动供水装置是根据液体流速越大的位置压强越小的原理，使得水不会全部流掉而保留在瓶中C．图丙，发生双线触电事故时，漏电保护器会自动断开开关切断电源，对人体进行保护D．图丁，当带有磁条的卡在刷卡机上刷过时，刷卡机的检测头就会产生感应电流，读出磁条上的信息12．如图下列说法正确的是（）A．甲图利用水流的形成说明电流的形成，利用了转换的物理方法B．乙图夏季白天沿海地区在阳光照射下形成陆海风C．丙图通电螺线管右端是S极D．丁图电磁波不会污染周围环境13．下列说法错误的是（）A．太阳能、水能、潮汐能是可再生能源B．我国在超导领域取得了重大突破，用超导体制作白炽灯的灯丝灯泡会更亮C．无线电技术和5G技术是物联网的基础，它们是靠电磁波来实现万物互联的D．使用测电笔时，手必须与笔尾金属体接触14．电磁波在生活中有广泛的应用，下列有关电磁波的说法错误的是（）A．光导纤维是利用激光来通信的B．验钞机用红外线使钞票上的荧光物质发光C．使用手机与别人交谈时，电磁波对人体会有辐射D．微波炉是利用电磁波来加热食品的15．我国的北斗七星卫星导航系统具有定位、导航和通信等功能，它传递消息是利用A．电磁波B．次声波C．超声波D．红外线二、填空题16．光纤是信息传送的一种重要工具，光可从任意弯曲的光纤一端传向另一端，似乎光在其中能随意“转弯”，其实这是光在光纤内不断____而实现的．光也是一种电磁波，它们在真空中的传播速度都是_____m/s．某广播电台的频率为702 kHz，则该电台的波长是____m．17．图中，是探测红外线的实验，为了让这个实验现象更明显，我们可以采取的方法是________.18．我们不仅可以用点和划，还可以用长短不同的________，长短不同的________，甚至可以用电压（或电流）的有无，磁体的________或“0”，“1”两个不同的数字，来组成各种________信号，用来传递丰富多彩的声音、图像等各种信息．19．用手机通话和面对面说话，都是信息交流方式，传递信息时前者主要靠电磁波，后者主要靠声波。
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第17卷第1期强激光与粒子束Vol.17，No.1 2005年1月HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS Jan.，2005文章编号：1001-4322（2005）01-0126-05用5种不同的电子光学软件对微波管电子枪进行模拟计算*肖礼，廖莉，杨中海，廖平，雷文强，任俊杰（电子科技大学物理电子学院，成都610054）摘要：对TWTCAD微机版、工作站版本、EGUN，CAMEO以及Orprogr电子光学软件背景和特点作了一个简单介绍，并利用其模拟计算了11支不同结构的电子枪。
将计算得到的导流系数、射程和注腰半径与实验数据列表对比，结果表明：不同电子光学软件计算不同类型电子枪其计算精度也不一样。
在导流系数方面，EGUN和Orprogr的计算精度较高，绝对平均误差分别为7.18%和7.4%；在射程方面，TWTCAD的计算精度最高，绝对平均误差为5.69%；在注腰半径方面，Orprogr与实验值偏差较大，绝对平均误差为47.43%，而工作站版本的计算精度最高，绝对误差仅为2.29%。
关键词：电子枪；电子光学软件；导流系数；射程；注腰半径中图分类号：TN12 文献标识码：A宽带大功率行波管主要由电子枪、高频系统、聚焦系统、收集极和输入输出部件组成。
电子枪产生电子注，由聚焦系统维持一定的形状通过高频系统，与行波场相互作用，产生电子群聚和能量交换，达到将高频信号放大的目的［1～4］。
电子光学系统涉及电子注的产生、成形、维持和收集，没有电子枪产生电子注，没有聚焦系统维持一定截面形状的电子注，就无法产生能量交换和信号放大。
而且，电子注的质量和相关参量从根本上决定了诸如效率、增益、工作稳定性和噪声特性这样一些行波管的重要参量。
因此，一些新型器件的研制很大程度上取决于研制相应电子注成形系统所取得的成就。
电子光学系统的设计是行波管设计中的重要一环。
国际上已有多个大型电子光学分析软件，这些软件可以对复杂的几何结构、媒质分布、各种初始条件下的电子光学现象进行数值计算。
用于电子枪设计的电子光学软件，除了我们的工作站版本和微机版本以外，国外还有许多成熟的如：SLAC的EGUN（有限差分法FDM）；SAIC（Science Application International Corporation）的ARGUS（FDM）和MICHELLE（3D FEM）；Raytheon Corporation的UGUN；XGUN；GUN3D（FDM）；CPI（Communi-cation and Power Industries）开发的HGUN和TGUN［5］；乌克兰的Orprogr；以及英国剑桥大学物理系开发的CAMEO（CAMbridge Electron Optics）等。
模拟计算的结果和真实情况之间存在误差，这是不可避免的，国外应用也是如此。
关键是经过反复运算，使用者可以得出一个误差概率，在实际设计和制作过程中进行校正。
同时，受环境和实验条件的限制，用实验手段测量的数据和真实情况也存在误差。
这就是为什么管子厂家都同时使用多套同类型软件，以求将结果控制在一个更准确的范围内。
本文利用TWTCAD微机版、工作站版本、EGUN，CAMEO以及Orprogr软件分别对11支不同的电子枪进行模拟计算，并将计算结果与实验数据对比，旨在寻找出一些使用这些软件进行CAD设计的规律，验证TWTCAD软件包的可靠性和实用性，以对今后使用CAD技术进行电子枪设计起到一定的指导作用。
1 通过模拟计算研究微波管电子枪“宽带大功率行波管CAD集成环境”软件包是在工作站版本基础上开发完成的，其中电子枪模块采用有限元法对电子枪进行模拟。
有限元法将里兹变分法与差分法结合起来，在理论上以变分原理为基础，在具体方法上则利用了差分法离散处理的网格思想。
首先把求解微分方程化为等价的泛函求极值的变分问题，然后将求解区域划分为有限个单元。
这样，便把变分问题近似地转化为有限元子空间中的多元函数求极值问题，将变分问题的近似解作为所求方程的近似解［6］。
由于有限元节点可以完全落在边界上，因此它不受场域边界形状*收稿日期：2004-06-10；修订日期：2004-08-16基金项目：国防科技基础研究基金资助课题作者简介：肖礼（1977—），男，助工，从事电子光学部分的计算和研究工作；E-mail：xiaoli@。
的限制，能适应各种场域复杂的边界形状，且能根据实际问题的需要，在一部分需要精密求解的区域配置较密的节点，提高计算精度。
计算前，我们需要进行粗网格划分，并手工输入3个电子枪参数文件：结构文件，网格数据文件，以及电极块边界文件。
该软件的执行环境为Windows 9X /2000/NT 。
图1和图2是用TWTCAD 软件计算一支典型行波管电子枪的结果图形。
Fig.1 Electron track computed by the PC edition TWTCAD software图1 微机版计算电子枪所得结果电子轨迹图Fig.2 Data display in the computer edition TWTCAD software图2 微机版电子枪计算结果数据显示工作站版软件包是一个在SGI Indigo2（R4400）图形工作站上，基于UNIX 操作系统IRIX6.2开发完成的行波管CAD 软件。
电子枪设计部分分为有限元法和有限差分法设计。
我们主要使用有限元法设计，其软件计算方法、基本操作及文件输入格式与微机版相似。
图3是有限元法设计计算的结果图。
Fig.3 Electron track computed by the workstation edition图 3 工作站版本计算电子枪所得电子轨迹图Fig.4 Electron track computed by EGUN 图4 EGUN 计算电子枪所得电子轨迹图EGUN 程序是一个基于DOS 环境下的电子光学软件。
它由美国斯坦福大学线性加速器中心（SLAC ）的William.B.Herrmannsfeldt 等人于1979年编写完成，专门用于电子轨迹计算，功能强大，在电子光学系统的研究中起到关键性的作用。
通过特定参数的控制，EGUN 可以在直角坐标系或柱坐标系下进行电子轨迹的计算。
通过3/2定律来计算皮尔斯型阴极或普通空心的或有阴影栅的阴极，或其它无规则形状阴极的发射电流密度，还可以直接在输入文件中输入电子注的初始发射条件作为电子轨迹计算的初始条件。
在计算静态电磁场作用下的电子轨迹时，同时考虑了空间电荷效应及自磁场效应。
计算后所得的结果可以通过程序以图表的形式显示。
经过近十年的应用，EGUN 程序的功能已经发展得较为完备，并且已被应用于多种微波管的电子光学系统的计算中，如回旋管中的磁控注入枪（MIG ），普通微波管中的皮尔斯枪，高导流系数枪，空心束电子枪。
图4是用EGUN 对同一支电子枪计算得到的结果图形。
CAMEO 是一款采用有限元法在DOS 环境下对电子枪设计进行模拟计算的2维电子光学系统，由英国剑桥大学物理系开发完成。
在简化版本中，其最大网格数为30（行）×60（列）。
主程序分为BSPEC 和CIELAS 2两部分。
BSPEC 用于建模，并指定电极、粒子发射、电磁体和绝缘体材料，产生的文本文件可在MS-DOS 或文本编辑器内进行编辑处理；CIELAS 2则是调用BSPEC 或其他相关程序产生的几何数据文件，定义阴极的发射属性，确定电极电压，计算等位线分布和电子运动轨迹。
该系统最大的特点是用户在使用中具有较高的机动性，可交互式地定义系统分析特性，建立结构和网格文件，控制计算和结果显示。
图5是计算另一型号电子枪的结果图形。
Orprogr 是一款基于DOS 环境运行的CAD 软件，运行环境为Windows 98。
它由三个模块构成：慢波系统模块、互作用模块以及电子光学模块。
电子光学模块可用于许多不同类型的电子光学系统设计。
电子枪模拟主要就在该模块中进行。
可模拟包括带栅网在内的许多不同结构电子枪和电极表面的二次电子发射，计算具有热初速的带电粒子束，执行不同条件下的轨迹分析，以及计算在静态和动态模式下二次电子发射的多级降压收集极。
在计算速度方面，通过在工作区中以动态方式进行文件分配的方法更加有效地利用了内存，使速度得以721第1期肖 礼等：用5种不同的电子光学软件对微波管电子枪进行模拟计算提高。
电子光学模块提供了几乎100%的用户错误诊断，并能自动修正其中的一些错误，把错误信息输出到屏幕和结果文件中。
而计算得到的结果数据（譬如电子轨迹、电流密度分布、相位特性等）都是通过一个独立的图形处理程序来显示。
计算前需手工建立一个指定格式的结构网格文件。
图6是我们对某一电子枪进行计算得到的结果图形。
Fig.6 Electron track computed by Orprogrcomputed result10.280.2690.2520.3210.2630.26420.300.3700.3080.4130.3370.32430.420.5100.3920.6240.4170.41040.530.5920.4740.5130.4350.55250.550.6040.4820.5100.4500.51260.560.6050.4940.5540.4120.5027 1.11 1.454 1.181 1.279 1.040 1.2708-0.7320.5830.8110.5200.617 9-0.7590.5760.8770.5360.615 10- 1.409 1.054 1.2130.932 1.13611 1.80 1.952 1.850 2.631 2.431 2.119表2 电子枪射程的实验值与软件计算值对比Table2 Comparison of electron gun’s experimental gunshot with simulation dataNo.experimentresultWTCADcomputed resultEGUNcomputed resultCAMEOcomputed resultWorkstationcomputed resultOrprogrcomputed result117.0015.90815.88714.9314.54717.000218.4718.89921.97718.05217.79619.20038.0013.38819.15411.94411.60015.60048.308.2319.5808.6827.2418.22658.707.44211.4427.601 3.9757.40067.887.19311.2567.367 4.9227.2007-9.88612.41510.9917.00110.8008-10.57711.6308.788 5.3329.4009-10.0959.3008.9338.74910.70010-10.34511.76610.4137.72212.4001138.0037.27142.00036.17134.77931.500821强激光与粒子束第17卷表3 电子枪注腰半径的实验值与软件计算值对比Table 3 Comparison of the beam waist radius of electron gun between experiment and simulationNo.experiment result TWTCAD computed resultEGUN computed resultCAMEO computed resultWorkstation computed resultOrprogr computed result10.400.2700.2510.4690.3400.20120.500.3870.3180.3710.5240.16130.500.4220.3170.4320.4960.21640.450.4930.3920.4820.5640.5205-0.4480.4220.4210.5580.2986-0.2120.2130.3190.3230.0997- 1.2170.925 1.053 1.3910.9968-0.5390.4110.7950.8080.3819-0.5850.480.8830.7120.32310- 1.0070.8350.858 1.2520.797112.001.9343.8003.7302.0203.749根据表1～表3中各组数据，可以发现一个软件在计算不同电子枪时，所得的导流系数、射程和注腰半径的误差范围都不一样。