一种行波管电子枪中热初速效应的抑制方法技术

本发明专利技术属于行波管电子枪领域，涉及一种行波管电子枪中热初速效应的抑制方法。首先增大阳极电压，根据阳极电压调节阴极半径，使阴极发射电流达到设计要求；然后增大阴极半径与阴极曲率半径的比值来降低热初速效应的影响。阳极电压和阴极形状的改变会导致电子注参数的变化，通过调节阳极与阴极间以及控制极与阴极间的距离来是电子注的参数达到要求。这样就能在保证电子枪计算参数满足需求的情况下，把已经设计出的电子枪优化成热初速效应较小的电子枪，从而提高电子枪设计与加工装配之间的吻合度。

A Method of Suppressing Thermal Initial Velocity Effect in Traveling Wave Tube Electron Gun

The invention belongs to the field of traveling wave tube electron gun, and relates to a method for suppressing thermal initial velocity effect in traveling wave tube electron gun. First, increase the anode voltage, adjust the cathode radius according to the anode voltage, so that the cathode emission current meets the design requirements; then increase the ratio of the cathode radius to the cathode curvature radius to reduce the effect of thermal initial velocity. The change of anode voltage and cathode shape will lead to the change of electron beam parameters. By adjusting the distance between anode and cathode and between control electrode and cathode, the parameters of electron beam can meet the requirements. In this way, under the condition that the calculation parameters of the electron gun meet the demand, the designed electron gun can be optimized into an electron gun with less thermal initial velocity effect, so as to improve the coincidence between the design of the electron gun and the processing and assembly of the electron gun.

【技术实现步骤摘要】
一种行波管电子枪中热初速效应的抑制方法
本专利技术属于行波管电子枪领域，涉及一种行波管电子枪中热初速效应的抑制方法。
技术介绍
行波管是一种利用电子注与微波信号发生相互作用来实现微波放大功能的微波电子真空器件，由于其具有高输出功率、高效率、宽频带的特点被广泛用于雷达、电子对抗、毫米波通信等领域。电子枪作为行波管电子注发射和成形的重要组成部件直接影响着整个行波管的性能。电子枪中阴极发射是影响电子注质量的关键因素，而阴极发射系统中的热初速效应会引起电子注发散、层流性变差、射程降低等影响，这种影响在低导流系数电子枪中尤为明显，例如Ka波段行波管中的低导流系数的电子枪，若不考虑热初速效应的影响，就很难达到行波管的准确设计，导致在实际测试中磁聚焦系统无法对电子注进行聚焦，从而使部分电子打到阳极壁或螺旋线上，严重影响行波管的寿命。阴极发射产生的热初速效应是由于电子在阴极面发射的速度方向不垂直于发射面，进而引起电子轨迹的偏离。目前，电子枪热阴极发射模型通常采用宏电子发射模型，宏电子是大量电子的整体效应，它描述了一小块阴极面上发射出来的电子状态。宏电子热初速的计算模型需要考虑了宏电子的能量分布、发射角度分布等参数。现有的宏电子热初速发射模型的模拟结果与实际热发射物理过程之间仍有很大差距，究其原因就是现有的热发射模型仍不够准确。现有设计人员在考虑电子热初速影响时设计电子枪，其设计结果和实际物理过程的误差很大，不准确；设计结果的准确度很大程度上依赖于设计人员的经验，仅能作为一个初略的参考。因此现有设计人员考虑电子热初速的影响来设计电子枪时的可靠性差。能够有效抑制热初速效应的电子枪的电子注参数更接近实际物理状态，这对于后续的高频系统的设计也具有重要的参考价值。热初速效应抑制方法将可以使行波管的设计更准确，使得设计与加工装配之间有更高的吻合度。因此急需一种更准确的考虑电子热初速影响的电子枪设计方法。
技术实现思路
针对上述存在问题或不足，为解决电子枪在在仿真计算中因热初速效应造成的误差，在保证电子注参数不变的情况下，设计出热初速效应相对影响比较小的电子枪，从而保证设计与加工装配之间有更高的吻合度；本专利技术提供了一种行波管电子枪中热初速效应的抑制方法。技术方案如下：步骤1、增大球面阴极轴对称电子枪的阳极电压：阳极电压越大热初速对电子枪的影响越小，由于电子枪中电源的限制，阳极电压不应增大太多，变化量在0～20％的范围内。步骤2、增大阴极半径与阴极曲率半径的比值，变化范围40％-60％：由于阴极半径与阴极曲率半径的比值越大热初速效应对电子枪的影响越小，由于在步骤1中阳极电压的增大会导致阴极发射电流的增大，通过减小阴极发射面积从而减小发射电流，即减小阴极曲率半径来减小热初速效应的影响。阴极半径与阴极曲率半径的比值增大范围太小，热初速效应抑制不明显，范围太大会导致电子注在阳极通道前汇聚导致层流性变差。增大阴极半径与阴极曲率半径的比值的具体方法为：1.扫描阴极半径，根据阴极发射电流确定优化后的阴极半径rk′的大小；2.增大阴极半径与阴极曲率半径的比值，即rk′/Rk′>rk/Rk，其中rk为优化前的阴极半径，Rk′为优化后的阴极曲率半径，Rk为优化前的阴极曲率半径。步骤3、调节阳极与阴极间的距离及控制极与阴极间的距离：前面是对电子枪中热初速效应的抑制，由于阳极电压和阴极形状的改变，注腰半径会随之改变，在保证电子注参数达到要求情况下，需要调节阳极与阴极间以及控制极与阴极间的距离。具体方法为：对阳极与阴极间的距离以及控制极与阴极间的距离的扫描，得到最符合电子枪计算结果的阳极与阴极间的距离以及控制极与阴极间的距离。最后将所有步骤中优化后的电子枪参数应用到相应欲优化的电子枪。本专利技术在考虑了球面阴极约束下的热发射模型的基础上，设计了一种有效抑制热初速效应影响的设计电子枪的方法，并验证了此设计方法的有效性。这种设计方法适用于任何轴对称球面热阴极电子枪的设计，都可以有效抑制发射电子热初速效应的影响。综上所述，本专利技术在保证电子枪计算参数满足需求的情况下，把已经设计出的电子枪优化成热初速效应较小的电子枪，解决了因热初速效应的影响造成设计与加工装配之间不符的问题。附图说明图1电子枪的初始结构图；图2电子枪的阴极结构示意图；图3阴极半径对阴极发射电流的影响；图4电子枪优化后的结构图；图5考虑热初速时初始结构电子枪的电子轨迹；图6考虑热初速时优化后电子枪的电子轨迹。具体实施方式结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。得到的电子枪中导流系数、阳极电压、阴极半径与阴极曲率半径的比值对热初速效应的影响规律，在设计电子枪时，就可以通过提高电压、增大阴极半径与阴极曲率半径的值的方法来降低热初速效应的影响，但是这些参数的改变会影响阴极发射电流和注腰半径，因此这些参数的改变必须保证电子注参数在一定范围内变化。在电子枪满足设计要求的条件下，设计出热初速效应影响比较小的电子枪，就可以直接减小设计与加工装配之间的误差。由于阴极材料和后面高频结构的限制，电子枪中的阳极通道和阴极工作温度都不能改变。以一把电流为70mA，注腰半径为0.40mm的球面阴极轴对称电子枪为例，优化其参数，使其热初速效应的影响降低。电子枪主要的初始参数值：电压为2000V，导流系数为0.77μP，阴极半径rk为2mm，阴极曲率半径Rk为4mm，即阴极半径与曲率半径比值rk/Rk为0.5。电子枪的初始结构图如图1所示，初始结构电子枪的计算结果如表1所示。表1初始电子枪计算出的结果电子枪中热初速效应对注腰半径的影响为43.21％，对注腰位置的影响为-13.31％，也就是热初速效应的影响是很大的，根据电子枪自身条件的限制以及对电子注的需求，给出了电子枪关于抑制热初速效应的优化步骤：步骤1：增大阳极电压。阳极电压越大热初速对电子枪的影响越小，由于电子枪中电源设备的限制，阳极电压不应增大太多，变化量在0～20％的范围内。这里把阳极电压增大到2400V，由于电压的增大会导致阴极发射电流的增大，因此需要减小阴极发射面积来减低阴极发射电流。步骤2：增大阴极半径与阴极曲率半径的比值。根据阴极半径与阴极曲率半径的比值越大热初速效应对电子枪的影响越小，因此可以通过减小阴极曲率半径来减小热初速效应的影响。1.扫描阴极半径，根据阴极发射电流确定优化后的阴极半径rk′的大小。由于在步骤1中阳极电压的增大会导致阴极发射电流的增大，需要减小阴极发射面积来降低阴极发射电流，从而使阴极发射电流达到设计要求，图2是电子枪的阴极结构示意图，rk是阴极半径，Rk是阴极曲率半径。对阴极半径扫描，阴极半径对阴极发射电流的影响如图3所示，可以看到阴极发射电流在阴极半径为1.7mm时与初始电子枪中的阴极发射电流接近，因此把阴极半径确定在1.7mm处。同时为了抑制电子枪中热初速效应的影响，还要降低阴极曲率半径来达到阴极半径与阴极曲率半径的比值减小。2.增大阴极半径与阴极曲率半径的比值，即rk′/Rk′>rk/Rk，其中rk′为优化后的阴极半径，rk为优化前的阴极半径，Rk′为优化后的阴极曲率半径，Rk为优化前的阴极曲率半径。阴极半径与阴极曲率半径的比值增大的范围为初始值的40％-60％之间。根据阴极半径与阴极曲率半径的比值越本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种行波管电子枪中热初速效应的抑制方法，具体步骤如下：步骤1、增大球面阴极轴对称电子枪的阳极电压，变化量在0～20％的范围内；步骤2、增大阴极半径与阴极曲率半径的比值，增大的范围为初始值的40％‑60％之间；2‑1.扫描阴极半径，根据阴极发射电流确定优化后的阴极半径rk′的大小；2‑2.增大阴极半径与阴极曲率半径的比值，即rk′/Rk′>rk/Rk，其中rk为优化前的阴极半径，Rk′为优化后的阴极曲率半径，Rk为优化前的阴极曲率半径；步骤3、调节阳极与阴极间的距离及控制极与阴极间的距离：前面是对电子枪中热初速效应的抑制，由于阳极电压和阴极形状的改变，注腰半径会随之改变，在保证电子注参数达到要求情况下，调节阳极与阴极间以及控制极与阴极间的距离，最后将所有步骤中优化后的电子枪参数应用到相应欲优化的电子枪。

【技术特征摘要】
1.一种行波管电子枪中热初速效应的抑制方法，具体步骤如下：步骤1、增大球面阴极轴对称电子枪的阳极电压，变化量在0～20％的范围内；步骤2、增大阴极半径与阴极曲率半径的比值，增大的范围为初始值的40％-60％之间；2-1.扫描阴极半径，根据阴极发射电流确定优化后的阴极半径rk′的大小；2-2.增大阴极半径与阴极曲率半径的比值，即rk′/Rk′>rk/...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡权，周方洁，王小兵，胡玉禄，朱小芳，杨中海，李斌，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51