专利名称：一种高功率矩形截面带状注电子枪的结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及微波电真空器件技术领域，是一种能够产生矩形截面带状电子注的高功率电子枪的结构。
背景技术：
随着科学技术的发展，在高功率雷达、定向能微波武器和高能加速器等应用领域中，对能够输出高功率微波的新型器件提出了日益迫切的需求，这其中带状注速调管或行波管是极具潜力的候选者。在传统使用圆形注的单注和多注速调管中，空间电荷力始终是制约输出功率进一步提高的不利因素，在高频段这一问题表现得更为严重。通过简单的计算就可以知道，在总电流相同的条件下，带状电子注因为具有较大的横截面积因而使电流密度得以降低，注内的空间电荷力显著减小，带状电子注在保持较小电流密度的条件下传输强流的能力是其最显著的优势。带状注器件中，束流在窄边方向与外部高频结构进行注波互作用以完成微波能量的产生和放大，束流宽边则可以选择较大的尺度以实现高的输出功率，这样一来，带状电子注兼顾了器件对高频率和高功率的要求。制造出带状注器件的首要前提是解决带状电子注的产生问题，对理想带状注电子枪的要求是只在窄边方向上对阴极发射出的电子进行压缩，而在宽边方向上则只是提供合适的聚焦力以克服注内微弱的空间电荷力，除此之外不对束流有任何影响。因而在确保一定束流功率的要求下，设计出束流截面符合要求且阴极负载合理的电子枪具有较大的难度。本发明是一种高功率矩形截面带状注电子枪的结构，提供了对该问题可行的解决方案。
发明内容
本发明的目的是提出一种高功率矩形截面带状注电子枪的结构，由矩形柱面阴极、聚焦极、阳极和阳极支撑筒构成，能够产生尺寸为50mmX4mm的矩形截面电子注，电子枪窄边方向的压缩比为5 1，直流功率可达15MW，在束腰位置电子注的层流性良好，可以与聚焦系统匹配从而实现长距离稳定传输。为了达到上述目的，本发明的技术解决方案叙述如下。一种高功率矩形截面带状注电子枪的结构，其包括阴极、聚焦极、阳极和阳极支撑桶，该阴极、聚焦极、阳极和阳极支撑筒排布在同一中轴线上，整个结构相对于过中轴线的两个坐标平面对称；其中，阴极为矩形柱面结构，聚焦极为方框形结构，由在宽、窄两边的两个横方向上，各具有一定倾角的聚焦平面拼接而成；阳极为具有带锥度中空通道的结构，阳极头固设于阳极支撑桶内底面中心；矩形柱面阴极周缘与方框形聚焦极底部矩形中空方框相配合，阴极和聚焦极位于阳极支撑筒内，聚焦极的两个对称面与阳极的两个对称面平行且二者的中轴线重合，聚焦极与阳极之间有一定的距离。所述的电子枪结构，其所述矩形柱面阴极的截面宽边长度为50mm，窄边长度为 20mm,阴极柱面的曲率半径为34mm。所述的电子枪结构，其所述聚焦极与阴极配合的矩形中空方框的宽边长度为
354mm，窄边长度为20. 8mm，在窄边横方向的聚焦平面与中轴线的夹角为38度，在宽边横方向的聚焦平面与中轴线的夹角为74度，在宽、窄两边的横方向上的聚焦平面沿轴线延伸的距离为13. 05mm，为避免宽边横方向聚焦平面的尺度过大，在宽边横方向为IlOmm的对称位置处引入侧壁终止结构斜面的继续延伸，侧壁为平行于轴线的壁面。所述的电子枪结构，其所述聚焦极与阳极之间有一定的距离，是聚焦极与阳极支撑筒底面之间相距20. 44mm。所述的电子枪结构，其所述阳极为具有带锥度中空通道的结构，是为一具有中空通道的凸起状锥台结构，凸起的阳极通道入口具有倒圆角的跑道形端部，在窄边方向凸起入口圆头两端部中心之间的距离为14mm，在宽边方向凸起入口圆头两端部中心之间的距离为 74mmο本发明提供了一种能产生高功率矩形截面带状注的电子枪结构，包括阴极、聚焦极、阳极和阳极支撑筒。
图1是本发明的一种高功率矩形截面带状注电子枪的结构立体示意图；其中电子枪阴极1、聚焦极2、阳极3和阳极支撑筒4 ；图2是本发明中矩形柱面阴极的结构尺寸图3a是本发明中聚焦极的正视图3b是本发明中聚焦极的后视图3c是本发明中聚焦极的A-A截面剖视图3d是本发明中聚焦极的B-B截面剖视图4a是本发明中阳极的正视图4b是本发明中阳极的后视图4c是本发明中阳极的A-A截面剖视图4d是本发明中阳极的B-B截面剖视图5a是本发明中阳极支撑筒的正视图5b是本发明中阳极支撑筒的A-A截面剖视图6a是由仿真给出的本发明带状电子注在窄边方向的轨迹图6b是由仿真给出的本发明带状电子注在宽边方向的轨迹图。
具体实施例方式
本发明所述的是一种矩形截面带状注电子枪结构，包括阴极1、聚焦极2、阳极3和阳极支撑筒4。其阴极1为矩形柱面结构，聚焦极2为由在两个横方向上具有一定倾角的聚焦平面拼接成的方框形结构；其阳极3为具有带锥度中空通道的结构，阳极3固设于阳极支撑筒4的底面中心；其阳极支撑筒4由阳极连板41和电子枪过渡筒42固接而成。矩形柱面阴极1与聚焦极2底部的中空方框相配合，悬置于后者的中心位置并且阴极面的宽边处于中空方框的平面内。阴极1和聚焦极2位于阳极支撑筒4内，聚焦极2的两个对称面与阳极3的两个对称面平行且二者的中轴线重合，聚焦极2与阳极3之间有一定的距离。该电子枪的阴极1、聚焦极2、阳极3和阳极支撑筒4排布在同一中轴线上，整个结构相对于通过中轴线的两个坐标平面对称，能够产生符合要求的矩形截面带状电子注。本发明用于X波段带状注速调管中，电子枪的工作参数为直流电压150kV， 直流电流100A，导流系数为1. 72 μ ρ,阴极负载约为9. 85A/cm2,电子注的束流截面为 50mm X 4mm ο为达到上述这些技术指标，通过大量计算和实验测试确定了关键结构件，阴极1、 聚焦极2和阳极3的结构尺寸分别如图2、图3和图4中所示。阴极1的工作面为宽边和窄边长度分别为50mm和20mm的矩形，阴极柱面的曲率半径为34mm。聚焦极2的结构较为复杂，聚焦极2在宽边方向两聚焦平面张开的角度大于窄边方向两聚焦平面张开的角度， 以保证在窄边方向使电子注获得有效压缩的前提下，同时还能抵消有限宽度电子注内在宽边方向上存在的相对较小的电场力。聚焦极2底部矩形中空方框的宽边和窄边长度分别为 54mm和20. 8mm，在窄边方向的聚焦平面与中轴线的夹角为38度，在宽边方向的聚焦平面与中轴线的夹角为74度，两横方向上的聚焦平面沿轴线延伸的距离为13. 05mm，为避免宽边方向聚焦平面的尺寸过大，在宽边方向为IlOmm的对称位置处引入侧壁终止结构斜面的继续延伸，聚焦极2与阳极支撑筒4底面之间相距20. 44mm。阳极3为一具有中空通道的凸起状锥台结构，凸起的阳极通道入口具有倒圆角的跑道形端部，在窄边方向入口圆头两端部中心之间的距离为14mm，在宽边方向入口圆头两端部中心之间的距离为74mm。阴极1为浸盐钨海绵；聚焦极2由无磁不锈钢制成，为避免局部电场过大其上的尖锐部分均使用圆弧过渡；阳极3由无氧铜制成，使用数控铣床加工成形后再将表面研光；阳极连板41和电子枪过渡筒42由无磁不锈钢制成，表面镀镍之后通过钎焊固接为阳极支撑筒4。从实际计算结果可知，注腰至阴极面的距离约为60mm，束流窄边方向的半高约为 2. 09mm，电子枪导流系数约为1. 72 μ p，注内层流性良好。图6 (a)和图6(b)所示分别为软件计算给出的带状电子注在窄边方向和宽边方向的轨迹图。在电子枪区，经过验算最大电场幅值小于15MV/m不会引起击穿。
权利要求
1.一种高功率矩形截面带状注电子枪的结构，其特征在于，包括阴极、聚焦极、阳极和阳极支撑桶，该阴极、聚焦极、阳极和阳极支撑筒排布在同一中轴线上，整个结构相对于过中轴线的两个坐标平面对称；其中，阴极为矩形柱面结构，聚焦极为方框形结构，由在宽、窄两边的两个横方向上，各具有一定倾角的聚焦平面拼接而成；阳极为具有带锥度中空通道的结构，阳极头固设于阳极支撑桶内底面中心；矩形柱面阴极周缘与方框形聚焦极底部矩形中空方框相配合，阴极和聚焦极位于阳极支撑筒内，聚焦极的两个对称面与阳极的两个对称面平行且二者的中轴线重合，聚焦极与阳极之间有一定的距离。
2.如权利要求1所述的电子枪结构，其特征在于所述矩形柱面阴极的截面宽边长度为50mm，窄边长度为20mm，阴极柱面的曲率半径为34mm。
3.如权利要求1所述的电子枪结构，其特征在于所述聚焦极与阴极配合的矩形中空方框的宽边长度为54mm，窄边长度为20. 8mm，在窄边横方向的聚焦平面与中轴线的夹角为 38度，在宽边横方向的聚焦平面与中轴线的夹角为74度，在宽、窄两边的横方向上的聚焦平面沿轴线延伸的距离为13. 05mm，为避免宽边横方向聚焦平面的尺度过大，在宽边横方向为IlOmm的对称位置处引入侧壁终止结构斜面的继续延伸，侧壁为平行于轴线的壁面。
4.如权利要求1所述的电子枪结构，其特征在于所述聚焦极与阳极之间有一定的距离，是聚焦极与阳极支撑筒底面之间相距20. 44mm。
5.如权利要求1所述的电子枪结构，其特征在于所述阳极为具有带锥度中空通道的结构，是为一具有中空通道的凸起状锥台结构，凸起的阳极通道入口具有倒圆角的跑道形端部，在窄边方向凸起入口圆头两端部中心之间的距离为14mm，在宽边方向凸起入口圆头两端部中心之间的距离为74mm。
全文摘要
本发明一种高功率矩形截面带状注电子枪的结构，涉及电真空器件技术，阴极为矩形柱面结构，聚焦极为由在两个横方向上具有一定倾角的聚焦平面拼接成的方框形结构；阳极为具有带锥度中空通道的结构，阳极头固设于阳极支撑桶内底面中心；矩形柱面阴极周缘与聚焦极底部中空方框相配合，阴极和聚焦极位于阳极支撑筒内，聚焦极的两个对称面与阳极的两个对称面平行且二者的中轴线重合，聚焦极与阳极之间有一定的距离。本发明的电子枪直流功率约为15MW，电子注截面为50mm×4mm，电子枪在窄边方向的压缩比为5∶1，在束腰位置处注内层流性良好。解决了带状电子注的产生问题，可用于高功率带状注器件中，可与聚焦系统匹配实现长距离稳定传输。
文档编号H01J23/07GK102403179SQ201010284189
公开日2012年4月4日 申请日期2010年9月15日 优先权日2010年9月15日
发明者王勇, 赵鼎, 阮存军, 阮望 申请人:中国科学院电子学研究所