目前行波管正朝著小型化、大功率以及高頻率三個方向發(fā)展。對行波管的收集極進(jìn)行一維或者多維尺寸的非對稱改進(jìn)是行波管小型化的重要途徑。橢圓收集極相對傳統(tǒng)圓收集極具有內(nèi)表面面積大、一維尺寸小等優(yōu)點，是一種非�？扇〉氖占瘶O形狀。根據(jù)軸對稱電場幾何相似性定理，在收集極入口通過類似四極透鏡作用將圓柱型電子注壓縮成為類橢圓形電子注，更利于橢形收集極對電子的回收。利用計算機(jī)輔助設(shè)計軟件對重新設(shè)計的行波管橢圓收集極進(jìn)行仿真，為非對稱收集極設(shè)計提供參考。

　　行波管所具有的高效率、高功率及高頻率工作的優(yōu)點，在面對固態(tài)器件競爭時，依然具有很大的優(yōu)勢。為了滿足現(xiàn)代武器裝備的需求，行波管朝著小型化、大功率以及高頻率方向發(fā)展。在實際應(yīng)用的彈載、星載、無人機(jī)載以及微波功率模塊(MPM)等空間狹小的工作場合，對行波管的具體尺寸具有嚴(yán)格的要求。收集極作為行波管中徑向最大的部件，是制約行波管橫向尺寸縮小的主要原因之一。根據(jù)軸對稱電場幾何相似性，電極尺寸的同比例改變，電子軌跡形狀及尺寸與未改變前相似。因此要設(shè)計一個橢圓收集極，不僅將收集極的電極形狀改成橢形，而且要將收集極入口的圓形電子注壓縮成扁形電子注。這樣就利于橢圓收集極對電子的回收。

1、電子透鏡

　　四極透鏡是一個非旋轉(zhuǎn)對稱系統(tǒng)，是在其對稱軸等距離處不同的方位角上對稱的放置兩對電極，相對兩極電位相同，相鄰電極電位不同，結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示，其x 軸方向加電壓為正，y 軸加電壓為負(fù)。通過opera軟件模擬可以求出其內(nèi)部電場，其內(nèi)部電場矢量結(jié)果如圖1(b)所示。

圖1　四極透鏡及四極透鏡內(nèi)部電場示意圖

　　從圖1可以看出，如果電子注通過此種電極時，電子注中電子受電場力的大小、方向和其所在位置有關(guān)。在x 軸上的電子，受到的電場力方向為背向電子注中心，而在y 軸上的電子受到電場力為指向圓心。所以從電子注整體來看，電子注在x軸受到為拉伸的電場力，而在y 軸受到壓縮的電場力。由于考慮到實際收集極結(jié)構(gòu)，加載一個標(biāo)準(zhǔn)的四極透鏡是非常不實際的。而在收集極第一極入口處往外伸出電極聯(lián)合管殼也能起到類似四極透鏡的效果，結(jié)構(gòu)如圖2(a)所示，其中外圓為漂移段管殼其電位為0，伸出電極電位為-U，內(nèi)部電場矢量如圖2(b)所示。

圖2　電子透鏡及電子透鏡內(nèi)部示意圖

結(jié)論

　　在現(xiàn)代行波管朝尺寸更小的方向發(fā)展下。對行波管尺寸要求比較嚴(yán)格的環(huán)境，比如在微波功率模塊中，收集極一維尺寸直接影響其整體高度。用文中的方法可以將收集極的一維尺寸縮小，并且在收集極效率和返流率等衡量收集極好壞的重要指標(biāo)上變化很小�；�本能夠滿足實際需求。