一种聚焦极控制电子枪、行波管和设计方法技术

本发明专利技术的一个实施例公开了一种聚焦极控制电子枪、行波管和设计方法，所述电子枪包括：阴极、阳极、聚集极和锥形结构；其中，所述阴极为环状阴极，用于发射电子；所述阳极，用于对阴极施加正电位；锥形结构与阴极同电位，嵌于环状阴极中心且不发射电子，该锥形结构具有径向尺寸沿电子注行进方向缩小的几何形状使得环形电子注内边缘沿行进方向具有所需的电位分布；所述聚焦极环绕所述环状阴极，用于控制所述电子的发射和截止并使所述电子会聚为电子注。本发明专利技术所提供的一种聚焦极控制电子枪、行波管和设计方法，通过在环状阴极中心嵌入锥形结构并将锥形结构与环状阴极同电位，大幅降低了聚焦极控制电子枪的截止电压。了聚焦极控制电子枪的截止电压。了聚焦极控制电子枪的截止电压。

【技术实现步骤摘要】
一种聚焦极控制电子枪、行波管和设计方法


[0001]本专利技术涉及电子枪
，具体涉及一种聚焦极控制电子枪、行波管和设计方法。

技术介绍

[0002]微波管的出现，极大推动了电子技术和信息技术的发展。行波管作为微波管中最有代表性的一种器件，兼有宽频带和高增益的特性，广泛应用于卫星通信、雷达和电子对抗设备中。不同的用途要求行波管能够工作在脉冲、连续波不同的工作模式，要求电子枪的调制电压幅值越低越好。Pierce提出了聚焦极控制电子枪的设计方法，设计出的电子枪结构简单、寿命长。缺点是电子枪的截止电压幅值较高，通常为0.1
‑
0.5倍工作电压，不利于信号的快速调制。Wolkstein设计出了栅控枪用于行波管。栅控枪截止电压很低，调制电压幅值通常为0.01
‑
0.1倍工作电压，但栅网结构由于截获电流存在着可靠性等方面的问题。Gallagher在此基础上提出了杆控枪的结构。处于阴极中心的控制杆与聚焦极同电位，在降低截止电压的同时不会截获电流，一定程度解决了栅控枪可靠性的问题，但是控制杆结构会导致枪的抗震动性较差。此外，由于控制杆与阴极电位不同，需要特别注意阴极与控制杆的对中、绝缘，对电子枪的加工装配精度有很高的要求。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种聚焦极控制电子枪、行波管和设计方法，通过在环状阴极中心嵌入锥形结构并将锥形结构与环状阴极同电位，大幅降低了聚焦极控制电子枪的截止电压。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：r/>[0005]本专利技术一方面提供一种聚焦极控制电子枪，所述电子枪包括：阴极、阳极、聚集极和锥形结构；
[0006]其中，
[0007]所述阴极为环状阴极，用于发射电子；
[0008]所述阳极，用于对阴极施加正电位；
[0009]锥形结构与阴极同电位，嵌于环状阴极中心且不发射电子，该锥形结构具有径向尺寸沿电子注行进方向缩小的几何形状使得环形电子注内边缘沿行进方向具有所需的电位分布；
[0010]所述聚焦极环绕所述环状阴极，用于控制所述电子的发射和截止并使所述电子会聚为电子注。
[0011]在一个具体实施例中，所述锥形结构具有位于中心的凸起。
[0012]在一个具体实施例中，所述锥形结构具有位于中心的锥形凸起。
[0013]在一个具体实施例中，所述锥形结构，用于使内层电子注会聚后发散至半径最大时处于周期永磁系统端部磁感应强度最强的位置。
[0014]在一个具体实施例中，所述环状阴极的内径和外径由电子枪导流系数、聚焦极截止电压以及阴极最大电流发射密度决定。
[0015]在一个具体实施例中，所述锥形结构由熔点高于阴极工作温度且热膨胀系数与阴极材料匹配的导电金属形成。
[0016]在一个具体实施例中，所述锥形结构的材料为表面覆有锇膜的钼。
[0017]本专利技术另一方面提供一种行波管，所述行波管包括：
[0018]上述的电子枪；
[0019]输入系统、输出系统、慢波结构和聚焦系统；
[0020]所述输入系统，用于传输激励信号；
[0021]所述慢波结构，用于从电子枪发射的电子注中获得能量使所述激励信号被放大；
[0022]所述聚焦系统，用于维持电子注的形状；
[0023]所述输出系统，用于输出被放大后的激励信号。
[0024]本专利技术另一方面提供一种上述的电子枪设计方法，该方法包括：
[0025]根据电子枪导流系数、聚焦极截止电压以及阴极最大电流发射密度，确定环状阴极的内径和外径；
[0026]调整电子枪的射程，使会聚电子注满足进入聚焦系统时的初始条件；
[0027]调整锥形结构，使得会聚电子注发散至半径最大时处于聚焦系统磁感应强度最强的位置。
[0028]在一个具体实施例中，所述调整电子枪的射程包括通过调整聚焦极、阳极的尺寸以及锥形结构的几何形状，增加电子枪射程。
[0029]本专利技术的有益效果如下：
[0030]本专利技术所提供的一种聚焦极控制电子枪、行波管和设计方法，通过在环状阴极中心嵌入锥形结构并将锥形结构与环状阴极同电位，大幅降低了聚焦极控制电子枪的截止电压，降低了聚焦极控制电子枪对电源的性能指标要求，有利于微波管的小型化设计，相比栅控枪、杆控枪具有独特的优势和竞争力，极大程度拓展了聚焦极控制电子枪的应用场合。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有的技术方案，下面将对具体实施方式或现有的技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本申请的一种实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1示出现有技术中聚焦极控制电子枪不完全截止时的截面立体示意图。
[0033]图2示出现有技术中聚焦极控制电子枪组成结构截面示意图。
[0034]图3示出根据本专利技术一个实施例的一种聚焦极控制电子枪组成结构截面示意图。
[0035]图4示出根据本专利技术一个实施例的一种聚焦极控制电子枪中锥形结构、环状阴极和阴极支持筒的结构示意图。
[0036]图5示出根据本专利技术一个实施例的一种聚焦极控制电子枪的最优电子注仿真结果截面立体示意图。
[0037]图6示出根据本专利技术一个实施例的一种聚焦极控制电子枪R
‑
Z平面二维电子注轨
迹以及对应位置沿Z方向的磁感应强度示意图。
[0038]图7示出根据本专利技术一个实施例的一种聚焦极控制电子枪z＝25
‑
45mm处的电子注电流密度分布示意图。
[0039]图8示出根据本专利技术一个实施例的一种聚焦极控制电子枪z＝50
‑
70mm处的电子注电流密度分布示意图。
具体实施方式
[0040]为了使本专利技术的技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。以下通过具体实施例对本专利技术进行了详细的说明，但这些并非构成对本专利技术的限制。在不脱离本专利技术原理的情况下，本领域的技术人员可以做出变形与改进，也应视为本专利技术的保护范围。
[0041]电子枪阴极电子发射公式为
[0042][0043]其中，j为阴极发射电流密度；e为电子电荷量；m为电子质量；k为玻尔兹曼常数；h为普朗克常数；T为开氏温度；φ为所用材料逸出功；A0为发射常数。在实际工作时，阴极工作在空间电荷限制状态，在忽略电子初速度影响的条件下，阴极发射电流密度与极间位置和极间电位存在如下关系：
[0044][0045](2)式针对电子枪的平面二极管结构，其中，ε0为真空介电常数；x表示阴极阳极之间的位置(包括阴极阳极所在的位置)；U'对应x位置的电位。带入x＝d
a
，U'＝U'
a
，d
a
为阳极的位置，U'
a
为阳极处的电位，可得到阳极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚焦极控制电子枪，其特征在于，所述电子枪包括：阴极、阳极、聚集极和锥形结构；其中，所述阴极为环状阴极，用于发射电子；所述阳极，用于对阴极施加正电位；锥形结构与阴极同电位，嵌于环状阴极中心且不发射电子，该锥形结构具有径向尺寸沿电子注行进方向缩小的几何形状使得环形电子注内边缘沿行进方向具有所需的电位分布；所述聚焦极环绕所述环状阴极，用于控制所述电子的发射和截止并使所述电子会聚为电子注。2.根据权利要求1所述的电子枪，其特征在于，所述锥形结构具有位于中心的凸起。3.根据权利要求2所述的电子枪，其特征在于，所述锥形结构具有位于中心的锥形凸起。4.根据权利要求1所述的电子枪，其特征在于，所述锥形结构，用于使内层电子注会聚后发散至半径最大时处于周期永磁系统端部磁感应强度最强的位置。5.根据权利要求1所述的电子枪，其特征在于，所述环状阴极的内径和外径由电子枪导流系数、聚焦极截止电压以及阴极最大电流发射密度决定。6.根据权利要求1所述的电子枪，其特征在于，所述锥形结构由熔点高于阴极工作温度且...

【专利技术属性】
技术研发人员：高紫纶，魏义学，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十二研究所，
类型：发明
国别省市：