电子束产生的热辐射对行波管内部热状态的影响

《IEEE Transactions on Plasma Science》：Impact of Thermal Radiation by Electron Beam on Inner Thermal State of Traveling Wave Tube

热辐射对速波管内部热状态的影响分析，基于等效动态圆形盘模型推导电子束侧表面灰体辐射理论，结合阴极温度和束流压缩比计算等效盘温度，考虑韧致辐射和回旋辐射计算辐射功率并确定灰体发射率。通过仿真对比有/无电子束热辐射的传热过程，11GHz工作频段内螺旋带始端温度升高0.65-0.72℃，末端升高0.46-0.52℃。

　　

摘要：

本文探讨了电子束产生的热辐射对工作状态下的行波管（TWT）内部热状态的影响。我们推导了一个用于分析电子束热辐射传热的理论模型，在该模型中，电子束被视为一个等效的动态圆盘，其侧表面具有灰体辐射特性。通过使用电子束的阴极温度和压缩比，计算出了该等效圆盘的温度。考虑到轫致辐射和回旋辐射，得出了电子束辐射的功率，并计算了等效圆盘的灰体辐射发射率。利用宽带TWT的参数，我们分别考虑了有无电子束热辐射的情况，通过仿真进行了热分析。结果显示，在11 GHz频率下，由于电子束的热辐射，螺旋带内表面的温度升高分别为 0.67℃ 和 0.49℃（分别位于螺旋线的起点/终点）。在工作频段内，螺旋线起点的温度升高范围为 0.65°℃ 到 °℃，而螺旋线终点的温度升高范围为 0.46°℃ 到 °℃。

引言

研究表明，螺旋形行波管（TWT）这种重要的真空电子器件（VED）的内部热状态会显著影响其工作性能，包括高频特性的变化[1]、输出功率[2]以及可靠性[3]。此外，我们最近的研究表明，慢波结构（SWS）的热变形是导致反向波振荡（BWO）的因素之一[4]。因此，TWT的内部热状态引起了真空电子学界的极大关注，并已通过多种方法进行了分析[5]。在现有的热分析中，已经考虑了包括欧姆损耗和电子碰撞损耗[6]、[7]在内的热源。然而，据我们所知，另一个因素——电子束产生的热辐射至今尚未被研究。