專利名稱：橢圓形帶狀注電子槍的制作方法
橢圓形帶狀注電子槍技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于真空電子器件領(lǐng)域，特別是一種橢圓帶狀注電子槍，該電子槍尤其適合與行波管、返波管等配套用。
背景技術(shù)：
隨著真空電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)傳統(tǒng)的“0”型真空電子器件向毫米波以及更高波段發(fā)展時(shí)，由于工作頻率的增加，器件的尺寸將變得越來(lái)越小，加工相應(yīng)地就變得越來(lái)越困難；另外，由于空間電荷效應(yīng)的限制，此類器件的電流密度的提高受到制約，其功率容量必然受到限制，進(jìn)而導(dǎo)致器件的整體性能隨著工作頻率的提高而急劇下降。相對(duì)于傳統(tǒng)的“0” 型真空電子器件而言，帶狀注真空電子器件具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)其一.由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因而加工相對(duì)容易；其二.由于可以以較小的尺寸傳輸大電流，因而具有較大的輸出功率；其三.由于帶狀電子注更靠近高頻結(jié)構(gòu)，因而有利于擴(kuò)大互作用區(qū)域、對(duì)提高真空電子器件的效率有利。帶狀注真空電子器件由于具有上述的優(yōu)點(diǎn)，在未來(lái)的大功率、高頻率和小型化的發(fā)展趨勢(shì)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，從而引起了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注和研究。
目前，帶狀電子注的產(chǎn)生主要有直接法和間接法。直接法是利用帶狀注電子槍直接產(chǎn)生帶狀電子注，帶狀注電子槍分為橢圓帶狀注電子槍和矩形帶狀注電子槍；間接法是利用圓形注電子槍加上非對(duì)稱螺旋透鏡產(chǎn)生帶狀電子注。在申請(qǐng)?zhí)枮?008102M901. 3、發(fā)明名稱為《一種橢圓形帶狀注電子槍結(jié)構(gòu)》的專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種適用于W(75GHz-110GHz) 波段帶狀注速調(diào)管的橢圓帶狀注電子槍，該電子槍包括橢圓形柱面結(jié)構(gòu)的陰極，內(nèi)部空心橢圓漸變、外部跑道形狀結(jié)構(gòu)的聚焦電極，陽(yáng)極頭以及外殼。該電子槍在用于帶狀注速調(diào)管時(shí)、雖然在W波段具有高功率輸出、體積小和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)卻存在其一.該發(fā)明的帶狀注電子槍是采用皮爾斯方法設(shè)計(jì)的，其陰極的發(fā)射面為凹形柱面，因而當(dāng)陰極尺寸較小時(shí)，凹形柱面陰極所產(chǎn)生電子注的電流密度將變得不均勻；其二 .為與凹形柱面陰極配套、所采用的橢圓漸變的聚焦極，不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且用于小尺寸陰極所發(fā)射的電子注聚焦時(shí)、其電子注邊緣的軌跡將發(fā)生交叉，而導(dǎo)致層流性變差；其三.隨著頻率的增加， 電子槍尺寸變得更小，該電子槍對(duì)其陰極發(fā)射面、聚焦極以及陽(yáng)極頭的橢圓錐孔的精度要求更高，橢圓形錐孔的加工難度大，不利于器件的小型化及工作頻率的提高；其四.此類電子槍通常采用鋇、鎢材料作陰極、不但發(fā)射的電流密度低，如鎢(W)陰極的工作溫度為 2500K 2700K，發(fā)射電流密度為0. 26 1. 5A/cm2 ；氧化物陰極((Ba · Sr · Ca) 0)的工作溫度為900K 1000K，發(fā)射電流密度為0. 81 5. OA/cm2 ；浸漬鋇鎢陰極(BaO-W)工作溫度為 1000K 1200K，發(fā)射電流密度為0. 33 5. lA/cm2，而且此類陰極在高溫條件下工作，其陰極的蒸發(fā)率高、使用壽命短。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)存在的缺陷，改進(jìn)設(shè)計(jì)一種橢圓形帶狀注電子槍， 以達(dá)到在確保電子槍的高輸出功率的同時(shí)、簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)、有效降低加工難度及生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)器件小型化、有效提高器件的工作頻率及電子注的電流密度，以及延長(zhǎng)電子槍的使用壽命等目的。
本發(fā)明的解決方案是在背景技術(shù)基礎(chǔ)上，將陰極發(fā)射面改為平面、同時(shí)采用軸截面為矩形的四棱錐孔作為聚焦極上的聚焦孔、采用橢圓柱孔作為陽(yáng)極孔；從而在確保電子注的電流密度均勻及提高電子注的電流密度的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)、有效降低加工難度及生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)器件小型化，提高電子槍的工作頻率，延長(zhǎng)其使用壽命；并采用具有更強(qiáng)電流發(fā)射能力的六硼化鑭(LaB6)作為電子槍的陰極以提高其電流發(fā)射的密度；本發(fā)明即以此實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的。因此本發(fā)明橢圓形帶狀注電子槍包括殼體及設(shè)于殼體內(nèi)的電熱絲，帶陰極頭的陰極組件，聚焦極組件及位于殼體輸出端口的帶陽(yáng)極孔的陽(yáng)極，關(guān)鍵在于帶陰極頭的陰極組件還包括陰極頭固定筒，設(shè)有內(nèi)、外隔熱筒的連接套及陰極組件固定座，而陰極頭為橢圓柱體、其發(fā)射面為平面；聚焦極組件包括設(shè)有聚焦孔的聚焦極及其固定筒、聚焦極組件固定座，其中聚焦孔為軸截面呈矩形的四棱錐孔；所述帶陽(yáng)極孔的陽(yáng)極、其陽(yáng)極孔為橢圓柱孔；陰極組件中的陰極頭與陰極頭固定筒焊接成一體、并通過(guò)連接套及陰極組件固定座與殼體緊固成一體，聚焦極與其固定筒焊接后、通過(guò)聚焦極組件固定座與殼體緊固成一體， 而陽(yáng)極則與殼體的輸出端口緊固連接成一體，電熱絲正極與固定于殼體上的連接板連接、 并通過(guò)該連接板與外電源連接。
所述陰極頭為橢圓柱體，其發(fā)射面(前端面)為平面并與電子槍中軸線垂直，橢圓柱體的厚0. 5-1. 5mm、長(zhǎng)軸為2. 5-4. 5mm、短軸為0. 8-1. 2mm、材質(zhì)為六硼化鑭(LaB6)。 所述聚焦孔為軸截面呈矩形的四棱錐孔，四棱錐孔寬面的傾角為25° -35°、窄面傾角為 55° -65°。所述陽(yáng)極孔為橢圓柱孔，其橢圓柱孔的長(zhǎng)軸為2. 7-4. 7mm、短軸為1-1. 4mm。
本發(fā)明由于采用六硼化鑭(LaB6)作為陰極頭、并將陰極發(fā)射面將改為平面，同時(shí)采用軸截面為矩形的四棱錐孔作為聚焦極上的聚焦孔、采用橢圓柱孔作為陽(yáng)極孔，因而具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，精度易于保證且器件易于小型化、生產(chǎn)成本低，陰極頭發(fā)射的電流密度高、可有效提高器件的工作頻率及電子注的電流密度，以及電子槍的輸出功率高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明橢圓帶狀注電子槍結(jié)構(gòu)及具體實(shí)施方式
結(jié)構(gòu)示意圖(剖視圖)；
圖2為俯視視圖(A-A剖視圖)。
圖中1-1.陰極頭、1-2.陰極頭固定筒、1-3.內(nèi)隔熱筒、1-4.外隔熱筒、1-5.陰極組件固定座，2-1.聚焦極、2-2.聚焦極固定筒、2-3.聚焦極組件固定座，3-1.(電子槍)陽(yáng)極、3-2.(電子槍)陽(yáng)極固定座，4-1.電熱絲、4-2.電熱絲連接板，5.殼體。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施方式以與140GHz的小型化平板型帶狀注器件中的行波管、返波管配套工作的橢圓帶狀注電子槍為例陰極頭1-1發(fā)射面為橢圓平面、厚1. 0mm、長(zhǎng)軸長(zhǎng)3mm、短軸長(zhǎng) 1mm、材質(zhì)為六硼化鑭(LaB6)，陰極頭固定筒1-2壁厚0. 2mm、長(zhǎng)軸3mm、短軸1mm、軸向長(zhǎng)3mm、 材質(zhì)為金屬鉭，內(nèi)隔熱筒1-3壁厚0. 4mm、內(nèi)徑3mm、軸向長(zhǎng)15mm、材質(zhì)為金屬鈮，外隔熱筒 1-4壁厚0. 2mm、內(nèi)徑5mm、軸向長(zhǎng)14mm、材質(zhì)為金屬鈮，陰極組件固定座1-5本實(shí)施方式采用帶環(huán)板的筒形固定座、環(huán)板厚0. 4mm、外徑20mm、筒形固定座內(nèi)徑8. 8mm、軸向高2mm、材質(zhì)為金屬鈮；聚焦極2-1半徑5mm、厚1mm、四棱錐孔內(nèi)端矩形孔長(zhǎng)3. 2mm、寬1. 2mm，聚焦極寬面傾角為30°、窄面傾角為60°、材質(zhì)為金屬鉬，聚焦極固定筒2-2壁厚0.4mm、內(nèi)徑8mm、 軸向長(zhǎng)14mm、材質(zhì)為金屬鉬，聚焦極組件固定座2-3本實(shí)施方式亦采用帶環(huán)板的筒形固定座、環(huán)板厚0.4mm、外徑20mm、筒形固定座內(nèi)徑8. 8mm、材質(zhì)為金屬鈮；(電子槍)陽(yáng)極3-1半徑5mm、厚1mm、中部橢圓柱陽(yáng)極孔的長(zhǎng)軸3. 2mm、短軸1. 2mm、材質(zhì)為不銹鋼，(電子槍)陽(yáng)極固定座3-2環(huán)板厚0. 2mm、外徑23mm、筒形固定座內(nèi)徑20mm、材質(zhì)為可伐合金，本實(shí)施方式陽(yáng)極孔的內(nèi)口端與陰極頭1-1發(fā)射面之間的距離為6mm，電熱絲4_1功率15W、其負(fù)極與陰極頭1-1連接、正極與電熱絲連接板4-2連接，殼體5內(nèi)徑15mm、外徑20mm、軸向長(zhǎng)30mm、材質(zhì)為氧化鋁95絕緣陶瓷。
本實(shí)施方式經(jīng)仿真運(yùn)行試驗(yàn)在陽(yáng)極電壓為20kV、陰極工作溫度為1800K 2000K 時(shí)，陰極頭1-1發(fā)射電流密度約為12. 7A/cm2，經(jīng)聚焦極2-1壓縮，得到電子注電流為300mA， 電子注腰處(順軸向橫截面最小處)的電子注密度為90A/cm2，橢圓形電子注長(zhǎng)軸和短軸分別為3mm和0. 14mm,即電子注的長(zhǎng)軸和短軸比約為21。
權(quán)利要求
1.一種橢圓形帶狀注電子槍，包括殼體及設(shè)于殼體內(nèi)的電熱絲，帶陰極頭的陰極組件， 聚焦極組件及位于殼體輸出端口的帶陽(yáng)極孔的陽(yáng)極，其特征在于帶陰極頭的陰極組件還包括陰極頭固定筒，設(shè)有內(nèi)、外隔熱筒的連接套及陰極組件固定座，而陰極頭為橢圓柱體、其發(fā)射面為平面；聚焦極組件包括設(shè)有聚焦孔的聚焦極及其固定筒、聚焦極組件固定座，其中聚焦孔為軸截面呈矩形的四棱錐孔；所述帶陽(yáng)極孔的陽(yáng)極、其陽(yáng)極孔為橢圓柱孔；陰極組件中的陰極頭與陰極頭固定筒焊接成一體、并通過(guò)連接套及陰極組件固定座與殼體緊固成一體，聚焦極與其固定筒焊接后、通過(guò)聚焦極組件固定座與殼體緊固成一體，而陽(yáng)極則與殼體的輸出端口緊固連接成一體，電熱絲正極與固定于殼體上的連接板連接、并通過(guò)該連接板與外電源連接。
2.按權(quán)利要求1所述橢圓形帶狀注電子槍，其特征在于所述陰極頭為橢圓柱體、其發(fā)射面為平面并與電子槍中軸線垂直，橢圓柱體的厚0. 5-1. 5mm、長(zhǎng)軸為2. 5-4. 5mm、短軸為 0. 8-1. 2mm、材質(zhì)為六硼化鑭。
3.按權(quán)利要求1所述橢圓形帶狀注電子槍，其特征在于所述聚焦孔為軸截面呈矩形的四棱錐孔，四棱錐孔寬面的傾角為25° -35°、窄面傾角為55° -65°。
4.按權(quán)利要求1所述橢圓形帶狀注電子槍，其特征在于所述陽(yáng)極孔為橢圓柱孔，其橢圓柱孔的長(zhǎng)軸為2. 7-4. 7mm、短軸為1-1. 4mm。
全文摘要
該發(fā)明屬于一種與行波管、返波管等配套用橢圓帶狀注電子槍，包括殼體及設(shè)于殼體內(nèi)的電熱絲，陰極頭發(fā)射面為平面的陰極組件，含四棱錐聚焦孔的聚焦極組件及位于殼體輸出端口、其陽(yáng)極孔為橢圓柱孔的陽(yáng)極。該發(fā)明采用六硼化鑭作為陰極頭、并將陰極發(fā)射面將改為平面，同時(shí)采用軸截面為矩形的四棱錐孔作為聚焦孔、采用橢圓柱孔作為陽(yáng)極孔；因而具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，精度易于保證且器件易于小型化、生產(chǎn)成本低，陰極頭發(fā)射的電流密度高、可有效提高器件的工作頻率及電子注的電流密度，以及電子槍的輸出功率高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。克服了背景技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電子注的電流密度低且不均勻，在高溫條件下工作陰極的蒸發(fā)率高、使用壽命短等缺陷。
文檔編號(hào)H01J23/08GK102522298SQ20111045525
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者刁鵬, 唐先鋒, 唐濤, 宮玉彬, 段兆云, 王戰(zhàn)亮, 魏彥玉 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)