1 引言

如何屏蔽地球磁場(chǎng)的影響是CRT顯示技術(shù)研究中的一個(gè)難題。地球磁場(chǎng)會(huì )影響電子束的軌跡，使其轟擊在熒光屏上的位置產(chǎn)生誤差，導致圖像的變形失真。為了避免這種影響，需要適當地設置磁屏蔽。各地區的地磁場(chǎng)分布不相同，需要不同的磁屏蔽設計。比方說(shuō)我國的CRT生產(chǎn)廠(chǎng)商要生產(chǎn)出在德國使用的CRT顯示器，便需要按照德國的地磁場(chǎng)來(lái)設計磁屏蔽。由于模擬各國的地磁場(chǎng)成本太高，又由于磁屏蔽為內置結構，不容易外部調節，使得磁屏蔽需要借助于計算機的輔助進(jìn)行設計。

本課題就是在這一背景下提出來(lái)的。本文對21寸屏幕的三槍三束彩色CRT顯像管整管進(jìn)行仿真，進(jìn)行了靜磁場(chǎng)、靜電場(chǎng)以及粒子軌跡的求解，完成了該CRT的磁偏轉、電聚焦和著(zhù)屏斑點(diǎn)的仿真分析，證明了數值仿真CRT全管的可能性，并得到了初步結果，為磁屏蔽的仿真設計做好了前期準備工作。

本仿真使用的軟件為CST粒子工作室™，它是專(zhuān)門(mén)用于分析和設計用在加速定向帶電粒子束上的電磁場(chǎng)組件的軟件包。它強大的實(shí)體建模前端基于著(zhù)名的ACIS建模內核，并可通過(guò)SAT（如AutoCAD®），ProE®等格式文件，導入3D CAD數據。該工作室中支持六面體網(wǎng)格技術(shù)的仿真器都自帶全新的理想邊界擬合技術(shù)（PBA®）。與其他傳統仿真器相比，仿真精度有數量級的提升。CST粒子工作室™是CST工作室套裝™里子軟件的一員。CST工作室套裝™由CST微波工作室®、CST電磁工作室™、CST粒子工作室™、CST設計工作室™四個(gè)子軟件組成。CST粒子工作室™可以調用CST工作室套裝™中的任意資源，例如求解電子槍電場(chǎng)分布所使用的靜電求解器（!Es）和求解偏轉線(xiàn)圈磁場(chǎng)所使用的靜磁求解器（!Ms）都來(lái)自于CST電磁工作室™。

2 CRT模型的仿真

A. 偏轉系統的仿真

本仿真的CRT顯像管的偏轉系統為鞍-環(huán)（S-T）形，即水平偏轉用鞍形線(xiàn)圈而垂直偏轉用環(huán)形線(xiàn)圈[3]。單個(gè)水平和垂直偏轉線(xiàn)圈模型如圖1、2所示。整個(gè)偏轉系統模型如圖3所示。使用靜磁求解器（!Ms）求解后得到偏轉系統的磁場(chǎng)。圖4為截面磁感應強度示意圖，從中看出由水平和垂直偏轉線(xiàn)圈在管頸內合成了斜向上方的磁場(chǎng)。

偏轉系統的靜磁場(chǎng)計算主要受兩種數值誤差影響：由迭代線(xiàn)性方程組求解器引入的數值誤差和由有限網(wǎng)格分辨率引起的誤差。CST粒子工作室™使用迭代線(xiàn)性方程組求解器求解離散場(chǎng)問(wèn)題。迭代求解器在達到指定精度后將停止運算。在這里此精度設為10^-4，對于磁場(chǎng)計算是足夠的。而由有限網(wǎng)格剖分引起的誤差難以估計。為了保證求解精度，在這里使用了提高網(wǎng)格分辨率重新計算結果的方法，以達到收斂性分析的目的。

圖1 水平偏轉線(xiàn)圈的正和側視圖

圖2 垂直偏轉線(xiàn)圈

在靜磁求解器（!Ms）控制對話(huà)框中激活基于專(zhuān)家系統的自適應網(wǎng)格加密功能，并重新計算結果，得到網(wǎng)格加密前后兩次計算能量的最大誤差大約為0.42%，證明手動(dòng)加密的網(wǎng)格設置所求的結果已經(jīng)足夠精確。

圖3 完整的磁偏轉系統模型

圖4 磁偏轉系統的磁感應強度示意圖