C. CRT的聚焦分析

在這部分仿真中，水平和垂直偏轉(zhuǎn)線圈電流值都設(shè)置為0，使得電子束擊打到屏幕中央。然后以屏幕為粒子監(jiān)視面，改變聚焦電壓的值（對(duì)應(yīng)G6、玻璃屏和椎體、框架和內(nèi)屏蔽的電壓），得到不同聚焦電壓值下的粒子束2（三束粒子中位于中央的那束）的著屏斑點(diǎn)圖。根據(jù)著屏斑點(diǎn)大小，選取會(huì)聚情況最好的聚焦電壓值用于之后的CRT的偏轉(zhuǎn)分析。

聚焦電壓分別取了11000V、13000V、15000V。在這三種情況下使用粒子軌跡求解器得到電子束軌跡圖示。圖9所示為聚焦點(diǎn)壓15000V下的電子束聚焦情況。使用后處理模板對(duì)屏幕處監(jiān)視面所得的電子束著屏斑點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲得其在水平和垂直方向上的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，如表2所示。

圖9 電子束聚焦圖示

表2標(biāo)準(zhǔn)差

比較三種情況下標(biāo)準(zhǔn)差大小，取總值最小的11000V作為CRT偏轉(zhuǎn)分析時(shí)的G6、玻殼、框架和內(nèi)屏蔽的電壓設(shè)置。

D. CRT的偏轉(zhuǎn)分析

這部分仿真是探索在只有水平偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和只有垂直偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)兩種情況下，電子束轟擊到屏幕上的位置。在仿真中要變化電流值的大小，以獲得不同電流值下電子束轟擊在屏幕上的坐標(biāo)平均值。根據(jù)麥克斯韋方程在電場(chǎng)不變的情況下，磁場(chǎng)與電流成正比關(guān)系（H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，J為電流密度，D為電位移，t為時(shí)間）。所以本仿真沒(méi)有直接改變電流值，而是將磁場(chǎng)按比率增大和減小來(lái)獲得電子束轟擊到屏幕上的位置。

(1)

根據(jù)CRT的聚焦分析所得結(jié)果，將聚焦電壓設(shè)置為11000V。將水平偏轉(zhuǎn)線圈的電流值設(shè)為0，垂直偏轉(zhuǎn)線圈的電流值設(shè)為-1.3A。分別用靜電求解器、靜磁求解器求解出電場(chǎng)、磁場(chǎng)后，將磁場(chǎng)大小按照0.1、0.2、0.3、0.4和0.5的倍數(shù)變化（相當(dāng)于垂直偏轉(zhuǎn)線圈的電流值按照-0.13A、-0.26A、-0.39A、-0.52A、-0.65A變化），得到這幾種情況下電子束2的著屏統(tǒng)計(jì)值，如表3和圖10所示?？梢钥闯?，隨著垂直偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的增大，電子束在垂直方向上偏離屏幕中心點(diǎn)的距離基本上以線性比例關(guān)系增大，而在水平方向上離屏幕中心點(diǎn)的距離幾乎不變。由于所定義的粒子數(shù)和網(wǎng)格對(duì)稱性的影響，引入著屏偏移量與偏轉(zhuǎn)電流間的非線性度和水平偏離的非零結(jié)果，對(duì)此仍需精細(xì)研究。

表3 不同垂直偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)大小下電子束著屏統(tǒng)計(jì)值

圖10 垂直偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下電子束落點(diǎn)變化示意圖

將垂直偏轉(zhuǎn)線圈的電流值設(shè)為0，水平偏轉(zhuǎn)線圈的電流值設(shè)為4.5A，求解出電場(chǎng)和磁場(chǎng)后，將磁場(chǎng)大小按照0.05、0.1、0.15的倍數(shù)變化（相當(dāng)于水平偏轉(zhuǎn)線圈的電流值按照0.225A、0.45A、0.675A變化），得到這幾種情況下粒子束2的著屏統(tǒng)計(jì)值，如表4和圖11所示。水平偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的垂直方向上的磁場(chǎng)，使得電子束受到水平方向上的洛倫茲力而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。并且電子束在水平方向上偏離屏幕中心點(diǎn)的距離與電流大小基本呈線性關(guān)系。

表4 不同水平偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)大小下電子束著屏統(tǒng)計(jì)值

圖11 水平偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下電子束落點(diǎn)變化示意圖

3 結(jié)論

本文在CST粒子工作室™環(huán)境下，使用靜電、靜磁以及粒子求解器成功地對(duì)CRT進(jìn)行仿真，證明了數(shù)值仿真全管的可行性；完成了一個(gè)符合實(shí)際產(chǎn)品規(guī)格的，具有可控電場(chǎng)和可控磁場(chǎng)并且能夠跟蹤粒子軌跡的CRT仿真模型；獲得了聚焦情況良好的G6、玻璃屏、椎體、框架和內(nèi)屏蔽的電壓設(shè)置；通過(guò)軟件提供的后處理模板獲得了電子束著屏統(tǒng)計(jì)值，借此分析了偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)對(duì)電子束著屏位置的影響；這些都為后續(xù)優(yōu)化磁屏蔽罩奠定了基礎(chǔ)。另外，本仿真存在著屏偏移量與偏轉(zhuǎn)電流間的非線性度和水平或垂直偏離的非零結(jié)果的問(wèn)題，需要增加粒子數(shù)，提高網(wǎng)格對(duì)稱性以降低統(tǒng)計(jì)噪聲。