CN101728182A - 一种椭圆形带状注电子枪结构 - Google Patents

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本发明一种椭圆形带状注电子枪结构，涉及微波技术，包括阴极、阳极头、聚焦电极和外壳，其桶状外壳的内底面中心固设有阳极头；其阴极为椭圆形柱面结构，聚焦电极为内部空心椭圆渐变、外部跑道形状的结构；聚焦电极的背面与一圆管的内部固接，柱面阴极的背面与椭圆管固接，椭圆管通过一个椭圆到圆的渐变管状结构与聚焦电极背部空管内侧固接。阴极和聚焦电极位于桶状外壳内，聚焦电极与阳极头相对，两者中间有一间隙，桶状外壳开口的周缘与阴极背圆管的另一端口在同一平面上；阴极、阳极头、聚焦电极、外壳、椭圆管、椭圆渐变管和圆管，共一中轴线，可产生椭圆形带状电子注。本发明提供了一种新的可以产生椭圆形带状电子注的聚焦电极和阴极结构。

Description

一种椭圆形带状注电子枪结构
技术领域
本发明涉及微波技术领域，特别涉及高功率微波元器件，是一种椭圆形带状注电子枪结构。
背景技术
新型带状注速调管在高频段获得高功率微波输出潜力巨大，且具有工作电压低、增益和效率高、体积小、重量轻和结构紧凑等特点，有望成为未来高能加速器和对撞机、超远程雷达和轻型高功率微波武器所急需的核心器件。带状电子注的产生和传输是实现带状注速调管的关键技术之一。目前带状电子注按照其注截面形状可以划分为矩形带状电子注和椭圆形带状电子注。矩形带状电子注主要通过采用矩形柱面阴极和特殊形状的聚焦电极来产生，椭圆形带状电子注既可以把圆形电子注通过磁场转换结构来实现，也可以通过圆形柱面阴极采用跑马场形状的聚焦电极结构来实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种椭圆形带状注电子枪结构，由一个椭圆形柱面阴极、椭圆形渐变的聚焦电极和阳极头构成，可产生椭圆形带状电子注。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种椭圆形带状注电子枪结构，涉及微波技术，包括阴极、阳极头、聚焦电极和外壳，其桶状外壳的内底面中心固设有阳极头；其阴极为椭圆形柱面结构，聚焦电极为内部空心椭圆渐变、外部跑道形状的结构；聚焦电极的背面与一圆管的内部固接，柱面阴极的背面与椭圆管固接，椭圆管通过一个椭圆到圆的椭圆渐变管与聚焦电极背部圆管内侧固接；阴极和聚焦电极位于桶状外壳内，聚焦电极与阳极头相对，两者中间有一间隙，桶状外壳开口的周缘与阴极背圆管的另一端口在同一平面上，阳极头出口处接漂移管；
阴极、阳极头、聚焦电极、外壳、椭圆管、椭圆渐变管、圆管和漂移管，共一中轴线，可产生椭圆形带状电子注。
所述的电子枪结构，其所述阴极，其长轴为10mm，短轴为4mm，阴极柱面半径为17mm。
所述的电子枪结构，其所述聚焦电极，其椭圆渐变结构中小椭圆短轴长5mm，长轴长11mm，大椭圆短轴长9.2mm，长轴长30.8mm，两椭圆面间相距2.9mm，阴极前表面与大椭圆面的垂直距离是3.2mm，聚焦电极大椭圆面与阳极头距离是15.3mm。
本发明提供了一种新的可以产生椭圆形带状电子注的聚焦电极和阴极结构。
附图说明
图1是产生椭圆形带状电子注的电子枪从中部剖开的立体结构图；
图2是电子枪的整体结构图，其中，图2A电子枪沿椭圆形柱面阴极长轴剖视图，图2B为电子枪沿椭圆形柱面阴极短轴剖视图；
图3是椭圆形柱面阴极结构尺寸图，其中，图3A为椭圆形柱面阴极正视图，图3B为椭圆形柱面阴极长轴侧视图，图3C为椭圆形柱面阴极短轴侧视图；
图4是椭圆形渐变聚焦电极结构尺寸图，其中，图4A为椭圆形渐变聚焦电极正视图，图4B为椭圆形渐变聚焦电极长轴剖视图，图4C为椭圆形渐变聚焦电极短轴剖视图；
图5是阳极头结构尺寸图，其中，图5A为阳极头正视图，图5B为阳极头长轴剖视图，图5C为阳极头短轴剖视图；
图6是图1A结构在80kV电压时的阴极发射电流密度；
图7A是位于阴极表面处电子注截面图；
图7B是位于z＝10mm处电子注截面图；
图7C是位于z＝20mm处电子注截面图；
图7D是位于z＝30mm处电子注截面图；
图8A是位于XY平面的电场强度分布图；
图8B是位于YZ平面的电场强度分布图。
具体实施方式
为了帮助更好地理解本发明，下面将参考附图举例描述本发明的具体实施方案。
参见图1～图5，本发明的一种椭圆形带状注电子枪结构，包括阴极1、阳极头2、聚焦电极3和外壳4，其桶状外壳4的内底面中心固设有阳极头2，阳极头2中心在底面上有一孔；其中，阴极1为椭圆形柱面结构，聚焦电极3为内部空心椭圆渐变、外部跑道形状的结构；聚焦电极3的背面与一圆管6的内部固接，柱面阴极1的背面与椭圆管5固接，椭圆管5通过一个椭圆到圆的椭圆渐变管7与聚焦电极3背部圆管6内侧固接。阴极1和聚焦电极3位于桶状外壳4内，聚焦电极3与阳极头2相对，两者中间有一间隙；桶状外壳4开口的周缘与阴极背圆管6的另一端口在同一平面上，阳极头2出口处接漂移管8；阴极1、阳极头2、聚焦电极3、外壳4、椭圆管5、椭圆渐变管7，圆管6和漂移管8，共一中轴线，可产生椭圆形带状电子注。
本发明用于W波段带状注速调管中，电子枪的参数为工作电压80kV，工作电流4A，电子注截面为10×0.4mm。为了获得上述截面尺寸的电子注，设计了如图1所示的阴极1、聚焦电极3和阳极头2结构。图2A和图2B中给出了桶状外壳4的结构尺寸，阴极1前表面与聚焦电极3大椭圆面的垂直距离是3.2mm，聚焦电极3大椭圆面与阳极头2的距离是15.3mm。阴极1椭圆长轴为10mm，短轴为4mm，阴极1柱面半径为17mm(参见图3)。从图4可以看出，聚焦电极3椭圆渐变结构中小椭圆短轴长5mm，长轴长11mm，大椭圆短轴长9.2mm，长轴长30.8mm，两椭圆面间相距2.9mm。图5给出了复杂的阳极头的结构尺寸。当电子枪加载80kV的电压时，阴极1的发射电流密度较为均匀，阴极1发射电流密度主要位于11A/cm2到14A/cm2之间(参见图6)，只有部分边缘电子显示具有较高的发射电流密度。电子注从阴极1表面到注腰位置处的截面如图7A～7D所示，其中，图7A是位于阴极表面处电子注截面图，图7B是位于z＝10mm处电子注截面图，图7C是位于z＝20mm处电子注截面图，图7D是位于z＝30mm处电子注截面图。Z为电子注截面到阴极1表面的距离，由此获得了约10×0.4mm截面的椭圆形带状电子注。通过这几个图显示电子注由阴极到注腰位置的中间过程，表示电子注一直保持良好的层流性。图8A和图8B给出了电场强度分布，图中显示最大电场出现在聚焦电极3跑道形状的半圆部分，最大电场达到21.5MV/m，关键的阴、阳极间的最大电场为12MV/m，这在实际应用中都是可以接受的数值。

Claims (3)

1.一种椭圆形带状注电子枪结构，涉及微波技术，其特征在于包括阴极、阳极头、聚焦电极和外壳，其桶状外壳的内底面中心固设有阳极头；其阴极为椭圆形柱面结构，聚焦电极为内部空心椭圆渐变、外部跑道形状的结构；聚焦电极的背面与一圆管的内部固接，柱面阴极的背面与椭圆管固接，椭圆管通过一个椭圆到圆的椭圆渐变管与聚焦电极背部圆管内侧固接；阴极和聚焦电极位于桶状外壳内，聚焦电极与阳极头相对，两者中间有一间隙，桶状外壳开口的周缘与阴极背圆管的另一端口在同一平面上，阳极头出口处接漂移管；
阴极、阳极头、聚焦电极、外壳、椭圆管、椭圆渐变管，圆管和漂移管，共一中轴线，可产生椭圆形带状电子注。
2.如权利要求1所述的电子枪结构，其特征在于，所述阴极，其长轴为10mm，短轴为4mm，阴极柱面半径为17mm。
3.如权利要求1所述的电子枪结构，其特征在于，所述聚焦电极，其椭圆渐变结构中小椭圆短轴长5mm，长轴长11mm，大椭圆短轴长9.2mm，长轴长30.8mm，两椭圆面间相距2.9mm，阴极前表面与大椭圆面的垂直距离是3.2mm，聚焦电极大椭圆面与阳极头距离是15.3mm。
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