一種微波調(diào)制冷陰極微型陣列式輻射源及其實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波、毫米波、亞毫米波以及太赫茲頻段輻射源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電真空輻射源器件，具體的說(shuō)，是涉及一種微波調(diào)制冷陰極微型陣列式輻射源及其實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微波、毫米波、亞毫米波電真空輻射源器件作為雷達(dá)、電子對(duì)抗、空間通訊等軍事電子系統(tǒng)不可缺少的核心器件，一直受到廣泛重視。傳統(tǒng)的電真空輻射源器件中電子槍一般采用熱發(fā)射陰極系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，熱發(fā)射陰極工藝已非常成熟，被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電真空輻射源器件中，但熱發(fā)射陰極存在以下顯著缺點(diǎn):結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，陰極系統(tǒng)由多種金屬和陶瓷部件構(gòu)成，由于熱陰極工作在上千度的高溫環(huán)境，陰極中加熱用的燈絲容易斷裂或短路，導(dǎo)致器件損壞；另一方面，由于需要加熱功率，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低了系統(tǒng)效率，需要較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到工作溫度，尤其對(duì)于大功率器件，其啟動(dòng)時(shí)間往往長(zhǎng)達(dá)幾分鐘，給使用帶來(lái)很大不便；同時(shí)，由于熱陰極結(jié)構(gòu)復(fù)雜也是電真空輻射源器件難以集成的主要原因之一。
[0003]固態(tài)半導(dǎo)體輻射源器件相比熱陰極電真空輻射源具有體積小，可集成，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但是其具有:抗干擾、耐輻射能力弱，功率低等缺點(diǎn)，特別是在太空環(huán)境下，固態(tài)輻射源器件可靠性很難得到保證。
[0004]微型電真空輻射源器件有望解決上述兩類(lèi)器件存在的問(wèn)題，相比熱陰極電真空器件它具有體積小、可集成等特點(diǎn)，相比固態(tài)輻射源器件它具有抗干擾、耐輻射能力強(qiáng)，同時(shí)，輸出功率大等特點(diǎn)。在微型電真空輻射源器件中，首先需要采用場(chǎng)發(fā)射冷陰極來(lái)解決自由電子源的產(chǎn)生，與熱電子發(fā)射相比，場(chǎng)發(fā)射冷陰極具有功耗低、可集成、尺寸小、響應(yīng)速度快等一系列優(yōu)點(diǎn)，與固態(tài)器件相比具有抗干擾，耐輻射能力強(qiáng)，功率大的優(yōu)點(diǎn)，因此，它是微型電真空輻射源器件的理想電子發(fā)射源。
[0005]傳統(tǒng)微波電真空器件中速調(diào)管的輸出功率現(xiàn)在已可以做到很高，但是速調(diào)管的體積相對(duì)比較大，難以做到集成，傳統(tǒng)速調(diào)管至少需要一個(gè)輸入、輸出腔才能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便的微波調(diào)制冷陰極微型陣列式輻射源。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種微波調(diào)制冷陰極微型陣列式輻射源，包括:
利用微波調(diào)制的冷陰極電子槍?zhuān)糜谧鳛殡娮釉矗?br> 陣列式互作用諧振腔，與所述利用微波調(diào)制的冷陰極電子槍配合使用；
所述陣列式互作用諧振腔包括兩個(gè)以上等距布置的互作用諧振腔，且相鄰互作用諧振腔的中心間距L大于零； 所述互作用諧振腔包括諧振腔殼體，兩個(gè)相對(duì)并分別設(shè)置在所述諧振腔殼體內(nèi)部上、下兩端的電子注漂移管道，兩個(gè)電子注漂移管道之間具有間隙，且位于上端的電子注漂移管道為收集極；
在所述諧振腔殼體的一側(cè)上還設(shè)置有凸出所述諧振腔殼體的外導(dǎo)體和位于所述外導(dǎo)體內(nèi)的內(nèi)導(dǎo)體，同時(shí)，在二者之間還設(shè)置有陶瓷輸出窗片，且所述外導(dǎo)體、所述內(nèi)導(dǎo)體和所述陶瓷輸出窗片同軸；所述外導(dǎo)體中空并與所述諧振腔殼體連通；
在所述諧振腔殼體內(nèi)與所述內(nèi)導(dǎo)體同側(cè)還設(shè)置有耦合環(huán)，所述耦合環(huán)一端與所述內(nèi)導(dǎo)體連接、另一端與所述諧振腔殼體內(nèi)壁連接。
[0008]進(jìn)一步的，所述耦合環(huán)、外導(dǎo)體、內(nèi)導(dǎo)體和陶瓷輸出窗片設(shè)置于所述諧振腔殼體內(nèi)部的上端并位于所述電子注漂移管道的一側(cè)。
[0009]進(jìn)一步的，所述利用微波調(diào)制的冷陰極電子槍包括電子槍殼體，和由微波輸入層與下電極板及冷陰極、上電極板構(gòu)成的電子槍槍槍芯；
所述電子槍槍槍芯橫穿所述電子槍殼體，所述微波輸入層設(shè)置于所述下電極板和所述上電極板之間，且其上下表面分別與所述上電極板和所述下電極板固定；
所述電子槍殼體上端與所述互作用諧振腔密封形成真空室，其下端與所述下電極板密封；
在所述微波輸入層的中段設(shè)有一正對(duì)所述電子注漂移管道的電子注與調(diào)制微波互作用間隙，所述冷陰極則嵌于所述電子注與調(diào)制微波互作用間隙底部的所述下電極板上，使得所述電子注漂移管道對(duì)準(zhǔn)電子槍電子注通道；
在所述上電極板上正對(duì)所述冷陰極和所述電子注與調(diào)制微波互作用間隙的區(qū)域開(kāi)設(shè)有陣列式電子注輸出孔；所述陣列式電子注輸出孔的各孔尺寸均小于微波波長(zhǎng)。
[0010]進(jìn)一步的，所述冷陰極個(gè)數(shù)與所述互作用諧振腔的個(gè)數(shù)匹配。
[0011 ] 進(jìn)一步的，相鄰的所述互作用諧振腔的中心間距L滿(mǎn)足以下關(guān)系:
當(dāng)要求兩相鄰互作用諧振腔相位相同時(shí)，兩互作用諧振腔之間的中心間距L為微波輸入層中微波半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍；
當(dāng)要求各相鄰兩互作用諧振腔相位相反時(shí)，兩互作用諧振腔之間的中心距為微波輸入層中微波半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。
[0012]進(jìn)一步的，所述微波半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍為2、4、6、8、10、12或14倍；所述微波半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍為3、5、7、9、11、13或15倍
進(jìn)一步的，所述陣列式電子注輸出孔置于所述電子槍殼體內(nèi)腔軸線位置，下電極板、電子槍槍芯兩側(cè)及上電極板頂面、諧振腔殼體通過(guò)電子槍殼體密封固定成一體。
[0013]進(jìn)一步的，所述陣列式電子注輸出孔通過(guò)激光刻蝕而成，其孔的形狀為圓孔、方孔或條形孔。
[0014]進(jìn)一步的，所述微波輸入層為介電常數(shù)為2-10的絕緣介質(zhì)。
[0015]微波調(diào)制冷陰極微型陣列式輻射源的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟:
(1)上電極板接直流電壓，下電極板接地的步驟；
(2)將微波從微波輸入層左端輸入的步驟；此時(shí)，冷陰極表面同時(shí)在靜電場(chǎng)和微波產(chǎn)生的高頻場(chǎng)的作用下得到多個(gè)調(diào)制電子注；
(3)各個(gè)調(diào)制電子注通過(guò)各自的陣列式電子注輸出孔進(jìn)入電子注漂移管道的步驟； (4)調(diào)制電子注在各自的真空諧振腔中自激振蕩，產(chǎn)生同頻/倍頻微波輻射，調(diào)制電子注能量轉(zhuǎn)化為微波；
(5)通過(guò)耦合環(huán)和同軸結(jié)構(gòu)輸出微波，實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的同頻/倍頻放大輸出，同時(shí)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)是分離的；
(6)根據(jù)各個(gè)冷陰極/諧振腔在調(diào)制微波傳輸方向上具體位置，控制各個(gè)輸出微波信號(hào)的相位，實(shí)現(xiàn)相位可控。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明使用微波調(diào)制冷陰極陣列電子槍作為電子源，配合陣列互作用諧振腔，利用微波中的高頻電場(chǎng)在陰陽(yáng)極之間對(duì)各個(gè)電子注進(jìn)行發(fā)射密度調(diào)制后，各個(gè)電子注通過(guò)各自上電極板、陣列式電子注輸出孔進(jìn)入各自諧振腔后，分別自激產(chǎn)生同頻/倍頻微波輻射并與之進(jìn)一步發(fā)生互作用，電子注將其能量交給微波產(chǎn)生電磁輻射，其只需使用一個(gè)諧振腔就可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的同頻/倍頻放大輸出，從而減小器件的結(jié)構(gòu)體積和加工難度，同時(shí)陣列中各個(gè)輻射源相位可控，這對(duì)微波電真空器件做到微型化、集成化有積極意義。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明-實(shí)施例1的剖面示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明-實(shí)施例2的剖面示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明-實(shí)施例3的剖面示意圖。
[0020]上述附圖中，附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)的部件名稱(chēng)如下:1.收集極，2.諧振腔殼體，3.耦合環(huán)，4.內(nèi)導(dǎo)體，4-1.外導(dǎo)體，5.陶瓷輸出窗片，6上電極板，7.下電極板，8.冷陰極，9.陣列式電子注輸出孔，10.電子槍殼體，11.微波輸入層，11-1.電子注與調(diào)制微波互作用間隙，12.電子注漂移管道。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
[0022]實(shí)施例1
如圖1所示