1 引言

如何屏蔽地球磁場的影響是CRT顯示技術研究中的一個難題。地球磁場會影響電子束的軌跡，使其轟擊在熒光屏上的位置產生誤差，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。各地區的地磁場分布不相同，需要不同的磁屏蔽設計。比方說我國的CRT生產廠商要生產出在德國使用的CRT顯示器，便需要按照德國的地磁場來設計磁屏蔽。由于模擬各國的地磁場成本太高，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行設計。

本課題就是在這一背景下提出來的。本文對21寸屏幕的三槍三束彩色CRT顯像管整管進行仿真，進行了靜磁場、靜電場以及粒子軌跡的求解，完成了該CRT的磁偏轉、電聚焦和著屏斑點的仿真分析，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™，它是專門用于分析和設計用在加速定向帶電粒子束上的電磁場組件的軟件包。它強大的實體建模前端基于著名的ACIS建模內核，并可通過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格技術的仿真器都自帶全新的理想邊界擬合技術（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分布所使用的靜電求解器（!Es）和求解偏轉線圈磁場所使用的靜磁求解器（!Ms）都來自于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（S-T）形，即水平偏轉用鞍形線圈而垂直偏轉用環形線圈[3]。單個水平和垂直偏轉線圈模型如圖1、2所示。整個偏轉系統模型如圖3所示。使用靜磁求解器（!Ms）求解后得到偏轉系統的磁場。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圈在管頸內合成了斜向上方的磁場。

偏轉系統的靜磁場計算主要受兩種數值誤差影響：由迭代線性方程組求解器引入的數值誤差和由有限網格分辨率引起的誤差。CST粒子工作室™使用迭代線性方程組求解器求解離散場問題。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，對于磁場計算是足夠的。而由有限網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 水平偏轉線圈的正和側視圖

圖2 垂直偏轉線圈

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

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