專利名稱：一種高功率矩形截面帶狀注電子槍的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波電真空器件技術(shù)領(lǐng)域，是一種能夠產(chǎn)生矩形截面帶狀電子注的高功率電子槍的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在高功率雷達(dá)、定向能微波武器和高能加速器等應(yīng)用領(lǐng)域中，對能夠輸出高功率微波的新型器件提出了日益迫切的需求，這其中帶狀注速調(diào)管或行波管是極具潛力的候選者。在傳統(tǒng)使用圓形注的單注和多注速調(diào)管中，空間電荷力始終是制約輸出功率進(jìn)一步提高的不利因素，在高頻段這一問題表現(xiàn)得更為嚴(yán)重。通過簡單的計(jì)算就可以知道，在總電流相同的條件下，帶狀電子注因?yàn)榫哂休^大的橫截面積因而使電流密度得以降低，注內(nèi)的空間電荷力顯著減小，帶狀電子注在保持較小電流密度的條件下傳輸強(qiáng)流的能力是其最顯著的優(yōu)勢。帶狀注器件中，束流在窄邊方向與外部高頻結(jié)構(gòu)進(jìn)行注波互作用以完成微波能量的產(chǎn)生和放大，束流寬邊則可以選擇較大的尺度以實(shí)現(xiàn)高的輸出功率，這樣一來，帶狀電子注兼顧了器件對高頻率和高功率的要求。制造出帶狀注器件的首要前提是解決帶狀電子注的產(chǎn)生問題，對理想帶狀注電子槍的要求是只在窄邊方向上對陰極發(fā)射出的電子進(jìn)行壓縮，而在寬邊方向上則只是提供合適的聚焦力以克服注內(nèi)微弱的空間電荷力，除此之外不對束流有任何影響。因而在確保一定束流功率的要求下，設(shè)計(jì)出束流截面符合要求且陰極負(fù)載合理的電子槍具有較大的難度。本發(fā)明是一種高功率矩形截面帶狀注電子槍的結(jié)構(gòu)，提供了對該問題可行的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種高功率矩形截面帶狀注電子槍的結(jié)構(gòu)，由矩形柱面陰極、聚焦極、陽極和陽極支撐筒構(gòu)成，能夠產(chǎn)生尺寸為50mmX4mm的矩形截面電子注，電子槍窄邊方向的壓縮比為5 1，直流功率可達(dá)15MW，在束腰位置電子注的層流性良好，可以與聚焦系統(tǒng)匹配從而實(shí)現(xiàn)長距離穩(wěn)定傳輸。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案敘述如下。一種高功率矩形截面帶狀注電子槍的結(jié)構(gòu)，其包括陰極、聚焦極、陽極和陽極支撐桶，該陰極、聚焦極、陽極和陽極支撐筒排布在同一中軸線上，整個(gè)結(jié)構(gòu)相對于過中軸線的兩個(gè)坐標(biāo)平面對稱；其中，陰極為矩形柱面結(jié)構(gòu)，聚焦極為方框形結(jié)構(gòu)，由在寬、窄兩邊的兩個(gè)橫方向上，各具有一定傾角的聚焦平面拼接而成；陽極為具有帶錐度中空通道的結(jié)構(gòu)，陽極頭固設(shè)于陽極支撐桶內(nèi)底面中心；矩形柱面陰極周緣與方框形聚焦極底部矩形中空方框相配合，陰極和聚焦極位于陽極支撐筒內(nèi)，聚焦極的兩個(gè)對稱面與陽極的兩個(gè)對稱面平行且二者的中軸線重合，聚焦極與陽極之間有一定的距離。所述的電子槍結(jié)構(gòu)，其所述矩形柱面陰極的截面寬邊長度為50mm，窄邊長度為 20mm,陰極柱面的曲率半徑為34mm。所述的電子槍結(jié)構(gòu)，其所述聚焦極與陰極配合的矩形中空方框的寬邊長度為
354mm，窄邊長度為20. 8mm，在窄邊橫方向的聚焦平面與中軸線的夾角為38度，在寬邊橫方向的聚焦平面與中軸線的夾角為74度，在寬、窄兩邊的橫方向上的聚焦平面沿軸線延伸的距離為13. 05mm，為避免寬邊橫方向聚焦平面的尺度過大，在寬邊橫方向?yàn)镮lOmm的對稱位置處引入側(cè)壁終止結(jié)構(gòu)斜面的繼續(xù)延伸，側(cè)壁為平行于軸線的壁面。所述的電子槍結(jié)構(gòu)，其所述聚焦極與陽極之間有一定的距離，是聚焦極與陽極支撐筒底面之間相距20. 44mm。所述的電子槍結(jié)構(gòu)，其所述陽極為具有帶錐度中空通道的結(jié)構(gòu)，是為一具有中空通道的凸起狀錐臺結(jié)構(gòu)，凸起的陽極通道入口具有倒圓角的跑道形端部，在窄邊方向凸起入口圓頭兩端部中心之間的距離為14mm，在寬邊方向凸起入口圓頭兩端部中心之間的距離為 74mmο本發(fā)明提供了一種能產(chǎn)生高功率矩形截面帶狀注的電子槍結(jié)構(gòu)，包括陰極、聚焦極、陽極和陽極支撐筒。


圖1是本發(fā)明的一種高功率矩形截面帶狀注電子槍的結(jié)構(gòu)立體示意圖；其中電子槍陰極1、聚焦極2、陽極3和陽極支撐筒4 ；圖2是本發(fā)明中矩形柱面陰極的結(jié)構(gòu)尺寸圖3a是本發(fā)明中聚焦極的正視圖3b是本發(fā)明中聚焦極的后視圖3c是本發(fā)明中聚焦極的A-A截面剖視圖3d是本發(fā)明中聚焦極的B-B截面剖視圖4a是本發(fā)明中陽極的正視圖4b是本發(fā)明中陽極的后視圖4c是本發(fā)明中陽極的A-A截面剖視圖4d是本發(fā)明中陽極的B-B截面剖視圖5a是本發(fā)明中陽極支撐筒的正視圖5b是本發(fā)明中陽極支撐筒的A-A截面剖視圖6a是由仿真給出的本發(fā)明帶狀電子注在窄邊方向的軌跡圖6b是由仿真給出的本發(fā)明帶狀電子注在寬邊方向的軌跡圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所述的是一種矩形截面帶狀注電子槍結(jié)構(gòu)，包括陰極1、聚焦極2、陽極3和陽極支撐筒4。其陰極1為矩形柱面結(jié)構(gòu)，聚焦極2為由在兩個(gè)橫方向上具有一定傾角的聚焦平面拼接成的方框形結(jié)構(gòu)；其陽極3為具有帶錐度中空通道的結(jié)構(gòu)，陽極3固設(shè)于陽極支撐筒4的底面中心；其陽極支撐筒4由陽極連板41和電子槍過渡筒42固接而成。矩形柱面陰極1與聚焦極2底部的中空方框相配合，懸置于后者的中心位置并且陰極面的寬邊處于中空方框的平面內(nèi)。陰極1和聚焦極2位于陽極支撐筒4內(nèi)，聚焦極2的兩個(gè)對稱面與陽極3的兩個(gè)對稱面平行且二者的中軸線重合，聚焦極2與陽極3之間有一定的距離。該電子槍的陰極1、聚焦極2、陽極3和陽極支撐筒4排布在同一中軸線上，整個(gè)結(jié)構(gòu)相對于通過中軸線的兩個(gè)坐標(biāo)平面對稱，能夠產(chǎn)生符合要求的矩形截面帶狀電子注。本發(fā)明用于X波段帶狀注速調(diào)管中，電子槍的工作參數(shù)為直流電壓150kV， 直流電流100A，導(dǎo)流系數(shù)為1. 72 μ ρ,陰極負(fù)載約為9. 85A/cm2,電子注的束流截面為 50mm X 4mm ο為達(dá)到上述這些技術(shù)指標(biāo)，通過大量計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測試確定了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，陰極1、 聚焦極2和陽極3的結(jié)構(gòu)尺寸分別如圖2、圖3和圖4中所示。陰極1的工作面為寬邊和窄邊長度分別為50mm和20mm的矩形，陰極柱面的曲率半徑為34mm。聚焦極2的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，聚焦極2在寬邊方向兩聚焦平面張開的角度大于窄邊方向兩聚焦平面張開的角度， 以保證在窄邊方向使電子注獲得有效壓縮的前提下，同時(shí)還能抵消有限寬度電子注內(nèi)在寬邊方向上存在的相對較小的電場力。聚焦極2底部矩形中空方框的寬邊和窄邊長度分別為 54mm和20. 8mm，在窄邊方向的聚焦平面與中軸線的夾角為38度，在寬邊方向的聚焦平面與中軸線的夾角為74度，兩橫方向上的聚焦平面沿軸線延伸的距離為13. 05mm，為避免寬邊方向聚焦平面的尺寸過大，在寬邊方向?yàn)镮lOmm的對稱位置處引入側(cè)壁終止結(jié)構(gòu)斜面的繼續(xù)延伸，聚焦極2與陽極支撐筒4底面之間相距20. 44mm。陽極3為一具有中空通道的凸起狀錐臺結(jié)構(gòu)，凸起的陽極通道入口具有倒圓角的跑道形端部，在窄邊方向入口圓頭兩端部中心之間的距離為14mm，在寬邊方向入口圓頭兩端部中心之間的距離為74mm。陰極1為浸鹽鎢海綿；聚焦極2由無磁不銹鋼制成，為避免局部電場過大其上的尖銳部分均使用圓弧過渡；陽極3由無氧銅制成，使用數(shù)控銑床加工成形后再將表面研光；陽極連板41和電子槍過渡筒42由無磁不銹鋼制成，表面鍍鎳之后通過釬焊固接為陽極支撐筒4。從實(shí)際計(jì)算結(jié)果可知，注腰至陰極面的距離約為60mm，束流窄邊方向的半高約為 2. 09mm，電子槍導(dǎo)流系數(shù)約為1. 72 μ p，注內(nèi)層流性良好。圖6 (a)和圖6(b)所示分別為軟件計(jì)算給出的帶狀電子注在窄邊方向和寬邊方向的軌跡圖。在電子槍區(qū)，經(jīng)過驗(yàn)算最大電場幅值小于15MV/m不會引起擊穿。
權(quán)利要求
1.一種高功率矩形截面帶狀注電子槍的結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括陰極、聚焦極、陽極和陽極支撐桶，該陰極、聚焦極、陽極和陽極支撐筒排布在同一中軸線上，整個(gè)結(jié)構(gòu)相對于過中軸線的兩個(gè)坐標(biāo)平面對稱；其中，陰極為矩形柱面結(jié)構(gòu)，聚焦極為方框形結(jié)構(gòu)，由在寬、窄兩邊的兩個(gè)橫方向上，各具有一定傾角的聚焦平面拼接而成；陽極為具有帶錐度中空通道的結(jié)構(gòu)，陽極頭固設(shè)于陽極支撐桶內(nèi)底面中心；矩形柱面陰極周緣與方框形聚焦極底部矩形中空方框相配合，陰極和聚焦極位于陽極支撐筒內(nèi)，聚焦極的兩個(gè)對稱面與陽極的兩個(gè)對稱面平行且二者的中軸線重合，聚焦極與陽極之間有一定的距離。
2.如權(quán)利要求1所述的電子槍結(jié)構(gòu)，其特征在于所述矩形柱面陰極的截面寬邊長度為50mm，窄邊長度為20mm，陰極柱面的曲率半徑為34mm。
3.如權(quán)利要求1所述的電子槍結(jié)構(gòu)，其特征在于所述聚焦極與陰極配合的矩形中空方框的寬邊長度為54mm，窄邊長度為20. 8mm，在窄邊橫方向的聚焦平面與中軸線的夾角為 38度，在寬邊橫方向的聚焦平面與中軸線的夾角為74度，在寬、窄兩邊的橫方向上的聚焦平面沿軸線延伸的距離為13. 05mm，為避免寬邊橫方向聚焦平面的尺度過大，在寬邊橫方向?yàn)镮lOmm的對稱位置處引入側(cè)壁終止結(jié)構(gòu)斜面的繼續(xù)延伸，側(cè)壁為平行于軸線的壁面。
4.如權(quán)利要求1所述的電子槍結(jié)構(gòu)，其特征在于所述聚焦極與陽極之間有一定的距離，是聚焦極與陽極支撐筒底面之間相距20. 44mm。
5.如權(quán)利要求1所述的電子槍結(jié)構(gòu)，其特征在于所述陽極為具有帶錐度中空通道的結(jié)構(gòu)，是為一具有中空通道的凸起狀錐臺結(jié)構(gòu)，凸起的陽極通道入口具有倒圓角的跑道形端部，在窄邊方向凸起入口圓頭兩端部中心之間的距離為14mm，在寬邊方向凸起入口圓頭兩端部中心之間的距離為74mm。
全文摘要
本發(fā)明一種高功率矩形截面帶狀注電子槍的結(jié)構(gòu)，涉及電真空器件技術(shù)，陰極為矩形柱面結(jié)構(gòu)，聚焦極為由在兩個(gè)橫方向上具有一定傾角的聚焦平面拼接成的方框形結(jié)構(gòu)；陽極為具有帶錐度中空通道的結(jié)構(gòu)，陽極頭固設(shè)于陽極支撐桶內(nèi)底面中心；矩形柱面陰極周緣與聚焦極底部中空方框相配合，陰極和聚焦極位于陽極支撐筒內(nèi)，聚焦極的兩個(gè)對稱面與陽極的兩個(gè)對稱面平行且二者的中軸線重合，聚焦極與陽極之間有一定的距離。本發(fā)明的電子槍直流功率約為15MW，電子注截面為50mm×4mm，電子槍在窄邊方向的壓縮比為5∶1，在束腰位置處注內(nèi)層流性良好。解決了帶狀電子注的產(chǎn)生問題，可用于高功率帶狀注器件中，可與聚焦系統(tǒng)匹配實(shí)現(xiàn)長距離穩(wěn)定傳輸。
文檔編號H01J23/07GK102403179SQ201010284189
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者王勇, 趙鼎, 阮存軍, 阮望 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所