采用单粒子模型, 对有限宽矩形带状电子注在周期会切磁场(PCM)、带偏移磁极的周期会切磁场(offset-pole PCM)和周期会切周期四极磁铁混合磁场(PCM-PQM)聚焦结构中传输的双平面聚焦, 进行了详细的理论和数值分析研究。结果表明:PCM和offset-pole PCM聚焦结构对于实现带状电子注的双平面边缘聚焦比较困难, 原因在于它们无法独立控制电子注水平和垂直两个方向的聚焦。PCM-PQM聚焦结构则非常有效地改善了聚焦, 可以很好地实现带状电子注边缘的聚焦和均匀稳定的传输。

对低幅值、短周期、有偏置磁极的周期会切磁场中300 keV, 3 kA带状电子束的传输进行了理论分析和粒子模拟。给出了将波导宽度考虑在内的轴向均匀带状电子束的空间电荷场和作用在有限厚度的带状电子束的短边和宽边上的聚焦力的表达式, 并利用束匹配的方法得到了磁场的幅值和周期, 以及电子束通道的宽度和高度等参数。最后根据理论计算的结果进行了3维粒子模拟验证, 结果表明: 束宽边上聚焦良好, 而在短边上带状电子束的轴向有限长效应使得聚焦力与散焦力沿轴向不能完全匹配, 在束包络上产生了Betatron振荡, 但在300 mm的距离上传输效率仍能达到98%以上, 说明有偏置磁极的周期会切磁场聚焦强流带状电子束在理论上是可行的。

给出了一种利用薄金属带构造的、能够产生周期会切磁场的空气芯电磁铁的设计方案, 研究了该类型电磁铁产生周期会切磁场的规律。结果表明, 通过增加电磁铁的周期长度, 减小电子束通道的高度, 或在金属带自身的电阻性发热所能承受的范围内增大金属带上传输电流的线密度, 都可以提高电磁铁的励磁强度。增加电磁铁的周期长度, 还可以提高周期磁场轴向分布的均匀性。