一种二次电子倍增膜涂覆在内壁的电磁波发生器的制作方法

本发明属于微波器件技术领域，涉及速调管、行波管、返波管等真空电子器件，更为具体地讲，涉及一种二次电子倍增膜涂覆在内壁的电磁波发生器。

背景技术：

真空电子器件包括速调管、行波管、返波管等，采用热阴极发射电子束，电子束在谐振腔或慢波结构中进行速度调制，速度调制的电子束在传输过程中，速度快的电子追上速度慢的电子，形成群聚电子束团，群聚电子束团将能量交给电磁波，从而形成放大或振荡的电磁波输出。电子束在真空电子器件中传输时，需要磁场聚焦，一般采用螺线管或周期永磁磁场聚焦。

真空电子器件具有输出功率高，工作频率高、抗辐射、长寿命的优点，因此在无线通信、卫星通信、广播电视、航空航天、气象雷达、全球定位系统(gps)、深空探索、医用加速器、导弹制导、保密链路、战场监视、及电子对抗等方面有着极其广泛应用，特别是在各类战斗机、轰炸机、无人机、舰船、坦克和卫星系统中更是不可或缺的，它是现代高端电子信息装备的心脏，具有不可替代的作用。

随着社会的发展，科技的进步，真空电子器件在各领域内应用广度和深度也在不断的增加，同时各个领域对真空放大器的体积，增益，功率，频率和带宽等方面也提出越来越高的要求：雷达，电子对抗系统需要更高功率、更宽带宽、及更高增益的放大器；医疗成像及大数据传输需要更高频率、更宽带宽、更小体积的放大器；在太赫兹科技方面，迫切需求能够填补“太赫兹空隙”的高频率、大功率放大器；而卫星通信、深空探索方面，则需要更小体积、更高功率、更高增益的真空放大器；尤其是埃隆马斯克提出星链构想后，数万颗小卫星将今后数年飞向太空，而且每年有近万颗的替代，迫切需要近十万只放大器构成的通讯系统，这不仅要求新型星载真空放大器体积小、质量轻、增益高，而且还要求结构简单，能够批量生产。总之，发展小体积、轻质量、高增益、大功率、宽频带、结构简单、能批量生产的新型真空电子器件具有重要的科学意义和迫切的现实需求。

现有的行波管、速调管、磁控管、回旋管等真空电子器件，即大功率电磁波发生器采用热阴极，需要额外加热阴极、发射的电子密度小，需要磁场聚焦，同时产生的电磁波的功率较低。

二次电子是利用初始电子打在材料表面，激发材料的外层电子再次发射的现象。如果能量合适，单个初始电子能够激发多个二次电子，而产生的二次电子再次打在材料表面，激发更多二次电子，实现多次快速倍增。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种二次电子倍增膜涂覆在内壁的电磁波发生器，不需要磁场聚焦的同时，提高输出电磁波信号的功率和增益。

为实现上述发明目的，本发明二次电子倍增膜涂覆在内壁的电磁波发生器，包括：

阴极，用于发射电子，形成电子束，并传输到慢波结构内；

慢波结构(主要针对行波管、返波管)或谐振腔(主要针对速调管、回旋管)，用于对电子束进行速度调制，形成群聚电子束团，群聚电子束团将能量交给电磁波，从而形成振荡的电磁波输出；

其特征在于，所述慢波结构或谐振腔内壁部分表面涂覆或溅射有二次电子倍增膜(其二次电子发射系数较高，一般远大于3)，所述电磁波发生器无聚焦磁场系统。

本发明的目的是这样实现的。

本发明二次电子倍增膜涂覆在内壁的电磁波发生器，在现有技术的基础上，在慢波结构或谐振腔内壁涂覆或溅射二次电子倍增膜，其二次电子发射系数δ一般远大于3，同时，电磁波发生器无聚焦磁场系统。这样电子由阴极发射出来后，受到电磁波的作用产生速度和密度调制，由于无聚焦磁场，所以密度不同的电子束会发生散射，当散射的电子打到内壁上时，由于内壁二次电子倍增，所以即可产生更多的电子，增大电子束电流。由于密度大的位置产生更多，密度小的位置产生更少二次电子，所以电子束电流增幅变大，即电磁波增幅也变大，在输出端口能够获得更高功率的电磁波。

此外，由于不需要外加聚焦磁场以及输出电磁波功率提高，电磁波发生器体积、质量都可以大幅度减小。其体积与现有电磁波发生器相比，缩小了至原有的一半、增益也将扩大至原来的2倍，并且结构也更简单，可以满足小卫星，相控阵系统等对小体积、轻质量、高增益、可批量生产的新型真空电子器件的迫切需求。

附图说明

图1是本发明二次电子倍增膜涂覆在内壁的电磁波发生器一种具体实施方式(矩形交错双栅慢波结构)的结构示意图；

图2是本发明二次电子倍增膜涂覆在内壁的电磁波发生器另一种具体实施方式(三腔速调管谐振腔)的结构示意图；

图3是本发明二次电子倍增膜涂覆在内壁的电磁波发生器另一种具体实施方式(螺旋线慢波结构)的结构示意图，其中，(a)为外观图，(b)为内部电子束轨迹图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

图1是本发明二次电子倍增膜涂覆在内壁的电磁波发生器一种具体实施方式(矩形交错双栅慢波结构)的结构示意图。

在本实施例中，如图1所示，本发明二次电子倍增膜涂覆在内壁的电磁波发生器包括阴极1、慢波结构2，在本实施例中，慢波结构2为矩形交错双栅慢波结构。

慢波结构2内壁部分表面涂覆或溅射有二次电子倍增膜，其二次电子发射系数δ远大于3，所述电磁波发生器无聚焦磁场系统。在本实施例中，矩形交错双栅慢波结构的矩形栅201上下表面涂覆或溅射有二次电子倍增膜3。

阴极1发射电子，形成电子束，并传输到慢波结构即矩形交错双栅慢波结构2内。矩形交错双栅慢波结构2对电子束进行速度调制，形成群聚电子束团，群聚电子束团将能量交给电磁波，从而形成振荡的电磁波输出。矩形交错双栅慢波结构2中，由于无聚焦磁场，所以密度不同的电子束会发生散射，当散射的电子打到内壁上时，由于内壁二次电子倍增，所以即可产生更多的电子，增大电子束电流4。由于密度大的位置产生更多，密度小的位置产生更少二次电子，所以电子束电流4增幅变大，即电磁波增幅也变大，在输出端口能够获得更高功率的电磁波。

在本实施例中，矩形栅201宽度10mm，厚度1mm，上下表面涂覆有二次电子倍增膜3，材料为铜，厚度为0.4mm，阴极1发射初始电子束，二次电子倍增后，电磁波发生器产生10-18ghz电磁波输出。

图2是本发明二次电子倍增膜涂覆在内壁的电磁波发生器另一种具体实施方式(三腔速调管谐振腔)的结构示意图。

在本实施例中，如图2所示，本发明二次电子倍增膜涂覆在内壁的电磁波发生器包括阴极1、谐振腔5，在本实施例中，谐振腔5为三腔速调管谐振腔。

谐振腔5内壁部分表面涂覆或溅射有二次电子倍增膜，其二次电子发射系数δ>3，所述电磁波发生器无聚焦磁场系统。在本实施例中，三腔速调管谐振腔的第一谐振腔501与第二谐振腔502之间的漂移管504、以及第二谐振腔502与第三谐振腔503之间的漂移管505的内壁表面涂覆或溅射有二次电子倍增膜3。

阴极1发射电子，形成电子束，并传输到谐振腔即三腔速调管谐振腔5内。三腔速调管谐振腔5对电子束进行速度调制，形成群聚电子束团，群聚电子束团将能量交给电磁波，从而形成振荡的电磁波输出。三腔速调管谐振腔5中，由于无聚焦磁场，所以密度不同的电子束会发生散射，当散射的电子打到内壁上时，由于内壁二次电子倍增，所以即可产生更多的电子，增大电子束电流4。由于密度大的位置产生更多，密度小的位置产生更少二次电子，所以电子束电流4增幅变大，即电磁波增幅也变大，在输出端口能够获得更高功率的电磁波。

在本实施例中，三腔速调管谐振腔电子注通道内径5.5mm，长度为5mm，内壁涂覆二次电子倍增膜，材料为砷化镓，厚度0.5mm，二次电子倍增后，产生32-40ghz的电磁波输出。

图3是本发明二次电子倍增膜涂覆在内壁的电磁波发生器另一种具体实施方式(螺旋线慢波结构)的结构示意图。

在本实施例中，如图1所示，本发明二次电子倍增膜涂覆在内壁的电磁波发生器包括阴极1、慢波结构6，在本实施例中，慢波结构6为螺旋线慢波结构。

慢波结构6内壁部分表面涂覆或溅射有二次电子倍增膜，其二次电子发射系数δ>3，所述电磁波发生器无聚焦磁场系统。在本实施例中，螺旋线慢波结构的螺旋线内壁表面涂覆或溅射有二次电子倍增膜3。

阴极1发射电子，形成电子束，并传输到慢波结构即螺旋线慢波结构6内。螺旋线慢波结构6对电子束进行速度调制，形成群聚电子束团，群聚电子束团将能量交给电磁波，从而形成振荡的电磁波输出。螺旋线慢波结构6中，由于无聚焦磁场，所以密度不同的电子束会发生散射，当散射的电子打到内壁上时，由于内壁二次电子倍增，所以即可产生更多的电子，增大电子束电流4。由于密度大的位置产生更多，密度小的位置产生更少二次电子，所以电子束电流4增幅变大，即电磁波增幅也变大，在输出端口能够获得更高功率的电磁波。

在本实施例中，螺旋线慢波结构6内径2mm，长度为20mm，内壁涂覆二次电子倍增膜，材料为砷化镓，厚度0.5mm，二次电子倍增后，产生60ghz的电磁波输出。

以上为三个实例，实际应用过程中，根据设计不同，二次电子倍增膜材质可以采用无氧铜、不锈钢、钨、钼等金属材料、合金材料或氮化镓、砷化镓、金刚石等半导体材料。慢波结构或谐振腔根据设计和应用的不同，可以是螺旋线、折叠波导、矩形双栅，矩形单栅、单谐振腔、多谐振腔、矩形腔、椭圆腔等，并不影响本发明的适用性。二次电子倍增膜可以涂覆、溅射等实现，厚度根据设计所需设定。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。