专利名称：一种带轴向信号输入的会切磁场大回旋电子枪的制作方法
技术领域：
本发明属于微波毫米波技术领域中与回旋放大器(回旋脉塞器)配套用 电子枪，特别是一种设有轴向(微波、毫米波)信号输入波导管的会切磁场 大回旋电子枪。
背景技术：
回旋放大器作为大功率毫米波、亚毫米波的新型器件，自问世以来已得 到迅速发展，回旋器件的系列产品已研制成功，其波段已到毫米波及亚毫米 波段，功率高达数兆瓦，平均功率已达到数百千瓦，在毫米波波段，这是普 通微波管所不能比拟的。但是当回旋放大器进一步向更高频段发展时，则由 于频带较窄，转换效率较低以及因工作磁场随频率的增加而增加，以至毫米 波普通回旋放大器工作磁场高达万高斯以上，强磁场导致设备庞大、成本昂 贵、操作繁杂，难以小型化等问题。从而大大地限制了回旋放大器在诸如常 规雷达、受控核聚变等方面的应用。回旋放大器(回旋脉塞器)包括电子枪
(大回旋CUSP电子枪也称为绕轴旋转电子枪)及与之连成一体的谐振腔，传
统的回旋放大器主要采用常规的磁控注入电子枪和在谐振腔(互作用段)横
(径)向输入信号的方式；其中电子枪提供一个初始层流性好的电子注，该 电子注具有一定的初始旋转能量及尽可能小的速度零散等；但由于初始的旋 转能量不足，因此，在继后的谐振腔(互作用段)使电子注通过一纵向磁场 增大的漂移运动实现其绝热压縮、进一步提高电子的旋转能量。在谐振腔内， 由磁控注入电子枪产生的螺旋电子注在此区间与横向输入的信号发生能量交 换，电子注将横向能量转变为纵向能量并叠加于波场中，将输入的微波或毫 米波信号放大后输出。此类回旋放大器将初始电子注的产生与信号输入分别 在两个相对独立的部件内进行，其中，电子枪虽然具有结构简单、功能单一， 所提供的初始电子注层流性好等特点；但由于在谐振腔(互作用段)采用横 向输入信号，因而必须在谐振腔外环面上径向设置用于信号输入的波导管， 从而不但增大了回旋放大器的半径及体积，使其难以小型化，也增加了与之 配套的超导永磁体及其循环冷却系统等外设装置的设计和加工工艺的难度， 同时也给高性能回旋脉塞器件的设计带来诸多不便。因而，上述电子枪存在 功能单一，只能与设有横向(信号输入)波导管的谐振腔(互作用段)配套制成回旋放大器，所制成的回旋放大器(脉塞器)体积大、且难以小型化， 同时也给高性能回旋放大器的设计带来困难等。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术存在的弊病，改进设计一种带轴向信号输 入的会切磁场大回旋电子枪，在增设轴向信号输入波导管及模式转换机构的 基础上、扩大(绕轴旋转)电子枪的功能；即采用电子枪阴极同轴信号输入, 阳极后过渡段进行模式转换的信号输入方式，有效縮小与之配套的谐振腔(互 作用段)和整套回旋放大器(脉塞器)的体积，实现回旋放大器小型化并降 低高性能回旋大器件的设计难度等目的。
本发明的解决方案是针对背景技术存在的弊端，在传统电子枪的基础上， 在电子枪后端阴极上增设一根与其同轴线的、用于信号输入的波导管；将原 采用由谐振腔(互作用段)横(径)向输入信号、改为由电子枪后端阴极中 心轴向输入，同时在阳极头末段的腔体内壁上增设一螺旋状的模式转换机构， 当(微波、毫米)波信号从电子枪阴极中心轴向输入电子枪内，在阳极头末 段内置的模式转换机构中得到高效转换(TE,TEn模式)，然后再送入谐振腔 作后续放大处理；以此扩大了电子枪的功能、有效地縮小与之配套的谐振腔 和整套回旋放大器的体积；本方案中信号虽然是从电子枪后端轴向输入，但 此时电子注刚发射出来(形成)，其回旋频率还远远没有达到谐振条件，在电 子枪内所形成(产生)的电子注与输入信号的高频场之间相互影响极小，可 确保输入信号的质量和电子注参数的稳定性。因此，本发明大回旋电子枪包括 作为阳极的电子枪体及设于枪体内的阳极头、过渡段(腔)，位于枪体后端并 与枪体同一轴线设置的阴极，以及将阴极与枪体连接成一体的陶瓷环，关键 是在阴极的轴心线位置还设有一中心孔及其用于信号输入的波导管，而在阳 极头与过渡段(腔)之间还增设有一螺旋状模式转换机构；波导管与设于阴 极上的中心孔固定联接并与电子枪的内腔连通，而模式转换机构则直接设于 阳极头与过渡段(腔)之间的电子枪腔体的内壁上。
上述螺旋状模式转换机构为不少于2-6个螺距(波段)的螺旋转换机构。 而螺旋转换机构的螺旋槽的轴向曲面为余弦面、即轴截面上的轮廓线为 余弦线。
本发明由于在电子枪后端阴极上增设了与其同轴线的、用于信号输入的波 导管，即采用电子枪阴极同轴信号输入，阳极后过渡段进行模式转换的信号输入方式；同时在阳极头与过渡段之间的腔体内壁上增设模式转换机构，从 而使电子枪既具有产生有效工作速度比、电子注波动及速度零散小的优良性 能电子注，又具有微波毫米波输入内置模式转换的双重功能并提高了信号输 入模式的转换效率；而且本发明电子枪具有产生优良性能电子注和电磁波信 号输入内置模式转换双重功能，兼有电子注、模式传输与转换一体的优点， 以及与谐振腔配套可大大改进回旋放大器的结构，使所制得的回旋放大器具 有信号输入方式及结构简单、体积小、转换效率高、对工作磁场强度的要求 较低，以及可实现回旋放大器小型化并可有效降低高性能回旋脉塞器件的设 计难度等特点。克服了背景技术回旋放大器信号输入方式复杂、器件体积庞 大、转换效率低、高工作磁场、多模式竞争等弊病。
图1为本发明电子枪结构及与其谐振腔连接关系示意图(剖视图)。 图中1.电子枪体(阳极)，l-l.阳极头，1-2.模式转换机构，1-3.过渡 段(腔)，2.陶瓷环，3.阴极，4.波导管，5.谐振腔。
具体实施例方式
本实施例以同轴毫米波信号输入用电子枪为例电子枪体(阳极)1主 体轴向长91.6nm、外径d)28.6咖，阳极头1-1端口直径4 14. 8咖，模式转 换机构1-2为设置2个螺距(波段)的螺旋转换机构、各凹槽面的2倍微扰 半径3.6咖、螺距(即每个波段长)12. 8咖，过渡段(腔)1_3直径d)13.8 咖，陶瓷环2厚2.7咖、外径d)25.0咖、内径d 20. 0咖，阴极3外径&25. 0 咖、轴向长12.0咖、与波导管5配合的中心孔直径(i)10.0nim，波导管5内 径(i 6. 4咖。
本实施例大回旋电子枪的主要工作原理电子枪的环状阴极，其发射带 在会聚型Pierce电子枪的结构中产生空心无旋转的电子注，电子在阳极电压 的作用下发射出来，并在翻转磁场(ciisp)的作用下绕电子枪中心轴旋转，成 为具有横纵速度比的回旋电子注；同时由阴极同轴波导输入的电磁波信号进 入电子枪内的模式转换区，由于该区不满足谐振条件，输入信号与电子注不 会发生能量交换。当大回旋电子注与输入信号由模式转换区经过渡段进入谐 振腔时、其电子的横纵速度比均处于稳定状态，因而能充分满足谐振 对输 入信号及电子注的性能要求。
权利要求
1、一种带轴向信号输入的会切磁场大回旋电子枪，包括作为阳极的电子枪体及设于枪体内的阳极头、过渡段，位于枪体后端并与枪体同一轴线设置的阴极，以及将阴极与枪体连接成一体的陶瓷环，其特征在于在阴极的轴心线位置还设有一中心孔及其用于信号输入的波导管，而在阳极头与过渡段之间还增设有一螺旋状模式转换机构；波导管与设于阴极上的中心孔固定联接并与电子枪的内腔连通，而模式转换机构则直接设于阳极头与过渡段之间的电子枪腔体的内壁上。
2、 按权利要求1所述带轴向信号输入的会切磁场大回旋电子枪，其特征 在于所述螺旋状模式转换机构为不少于2-6个螺距的螺旋转换机构。
3、 按权利要求l所述带轴向信号输入的会切磁场大回旋电子枪，其特征 在于所述螺旋转换机构的螺旋槽的轴向曲面为余弦面、即轴截面上的轮廓线 为余弦线。
全文摘要
该发明属于微波技术领域中与回旋放大器配套用电子枪，包括作为阳极的电子枪体及设于其内的阳极头、模式转换机构、过渡段，位于枪体后端并与枪体同轴线设置的阴极，以及将阴极与枪体连接成一体的陶瓷环，在阴极上还设有中心孔及与之连接用于信号输入的波导管。该电子枪既能产生工作速度比大、电子注波动及速度零散小的优良性能电子注，又能进行微波输入模式转换的双重功能并提高了模式的转换效率；而且本发明电子枪与谐振腔配套可大大改进回旋放大器的结构，使所制得的回旋放大器具有信号输入方式及结构简单、体积小、转换效率高、对工作磁场强度的要求较低，以及可实现回旋放大器小型化并可有效降低高性能回旋脉塞器件的设计难度等特点。
文档编号H01J25/02GK101620968SQ20091006029
公开日2010年1月6日 申请日期2009年8月7日 优先权日2009年8月7日
发明者刘建卫, 吴浠桥, 旭 孙, 青 赵 申请人:电子科技大学