CN102737927A

CN102737927A - 双电子束电子枪及回旋管

Info

Publication number: CN102737927A
Application number: CN2011100862565A
Authority: CN
Inventors: 耿志辉; 刘濮鲲; 粟亦农; 张世昌; 顾伟; 徐寿喜; 薛谦忠; 杜朝海
Original assignee: Institute of Electronics of CAS
Current assignee: Institute of Electronics of CAS
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2012-10-17

Abstract

本发明公开了一种双电子束电子枪及回旋管。该双电子束电子枪能够产生两束电子束，包括：第一阳极、第一阴极和第二阴极，其中，第一阴极在其与第一阳极之间电压的作用下产生第一电子束，第二阴极在其与第一阳极之间电压的作用下产生第二电子束。这种双阴极的电子枪，不仅可以应用于回旋管领域，而且还可以应用于微波行业的其他领域。

Description

双电子束电子枪及回旋管

技术领域

本发明涉及电子行业微波技术领域，尤其涉及一种双电子束电子枪及回旋管。

背景技术

回旋管是一种新型相干微波辐射源器件，能工作在高频率波段且具有较高的功率容量和工作带宽，回旋管在成像雷达、电子对抗、定向能武器、材料处理、等离子体加热等领域具有广泛的应用前景。

随着回旋管工作频率的提高，回旋管的横向几何结构尺寸也越来越小，回旋管的功率容量也逐步降低。为了扩展回旋管的横向几何结构尺寸，提高回旋管的功率容量，回旋管将选择较高阶的工作模式。回旋管工作于高阶工作模式所面临的最大难题就是：如何解决低阶非工作模式的竞争。目前回旋管对低阶非工作竞争模式的抑制主要采用损耗介质材料的加载、电子束工作参数的选择、回旋管互作用电路的参数选择等方法。

现有技术中，回旋管中的电子枪只能产生单电子束。该单电子束放置于工作模式电场最强的位置上，激励产生工作模式的电场也是在该位置最强的，通过该单电子束与工作模式的相互作用，最大程度地提高了电子束能量。但是当回旋管工作于较高阶的工作模式时，回旋管内存在的低阶非工作竞争模式比较多，仅仅通过回旋管内损耗介质材料的加载及电子注与互作用电路的参数选择等方法很难有效地抑制低阶非工作竞争模式的激励，需要从产生电子束的电子枪入手解决该问题。

图1为现有技术双阳极电子枪的纵向剖面图。如图1所示，该双阳极电子枪呈三维轴对称结构，包括：前聚焦极1、阴极2、后聚焦极3，第一阳极4、第二阳极5和静磁场部分(未在图1中标出)。该双阳极磁控注入式电子枪通过在第一阳极4和第二阳极5加载电压，并在电子枪外部加载静磁场的共同作用下，产生回旋电子束6。在实现本发明的过程中，申请人意识到现有技术存在如下技术问题：电子枪只能产生单束电子束。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述缺陷，本发明提供了一种双电子束电子枪及回旋管，以产生双束电子束。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种双电子束电子枪。该双电子束电子枪能够产生两束电子束，包括：第一阳极、第一阴极和第二阴极，其中，第一阴极在其与第一阳极之间电压的作用下产生第一电子束，第二阴极在其与第一阳极之间电压的作用下产生第二电子束。

优选地，本发明双电子束电子枪中，第一阴极和第二阴极均位于双电子束电子枪的锥状枪体上，两者沿锥状枪体轴线方向上间隔预设距离；第一阳极与锥状枪体相对设置，从其前侧方包围锥状枪体。

优选地，本发明双电子束电子枪中，第一阳极呈环状，其中间具有通道；该双电子束电子枪还包括：磁场部件，磁场部件，位于双电子束电子枪的外围，用于产生静磁场，约束两束电子束形成处于不同引导中心位置的两束回旋电子束，从第一阳极中间的通道中通过。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种双电子束回旋管。该回旋管包括上述的双电子束电子枪，该双电子束电子枪，位于回旋管的前端，用于提供两束回旋电子束。

(三)有益效果

本发明的双电子束电子枪及回旋管具有以下有益效果：

1)在本发明双电子束电子枪中，在不同的位置设置了两个阴极，在两个阴极和阳极之间电压的作用下，能产生两束独立的电子束；

2)在本发明双电子束电子枪中，第一阴极和第二阴极均位于电子枪的锥状枪体上，第一阳极与锥状枪体相对设置，从其前侧方包围锥状枪体，该第一阳极呈环状，其中间具有通道，通过设置静磁场，能够将该双电子束约束为回旋电子束，从该通道内通过；

3)在应用本发明双电子束电子枪的回旋管中，将双回旋电子束放置于互作用电路的不同引导中心半径上，相当于为回旋管的高阶工作模式引入了额外的边界条件，能够抑制低阶非工作竞争模式的形成，有利于互作用电路内高阶工作模式的激励。

附图说明

图1为现有技术双阳极电子枪的纵向剖面图；

图2为本发明实施例双电子束双阳极电子枪的纵向剖面图；

图3为本发明实施例双电子束单阳极电子枪的纵向剖面图。

【主要元件符号说明】

1-前聚焦极； 2-阴极；

2a-第一阴极； 2b-第二阴极；

2′-中间聚焦极； 3-后聚焦极；

4-第一阳极； 5-第二阳极；

6-电子束； 6a，6b-双回旋电子束。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明有关于一种双电子束电子枪，该双电子束电子枪能产生双回旋电子束，将双回旋电子束放置于回旋管互作用电路的不同引导中心半径，相当于为回旋管的高阶工作模式引入了额外的边界条件，有利于互作用电路内高阶工作模式的激励，从而有效抑制低阶非工作竞争模式的形成。

在本发明的一个基础的实施例中，提供了一种双电子束电子枪。该双电子束电子枪能够产生两束电子束，包括：第一阳极、第一阴极和第二阴极。其中，第一阴极在其与第一阳极之间电压的作用下产生第一电子束，第二阴极在其与第一阳极之间电压的作用下产生第二电子束。

本实施例在现有技术的基础上，独创性的在同一个电子枪上设置两个阴极，从而产生独立的两束电子束。这种双阴极的电子枪，不仅可以应用于回旋管领域，而且还可以应用于微波行业的其他领域。

在上述基础实施例上，本发明还提供了一种应用于回旋管的双电子束电子枪。该双电子束电子枪中，第一阴极和第二阴极均位于双电子束电子枪的锥状枪体上，两者沿锥状枪体轴线方向上间隔预设距离；第一阳极与锥状枪体相对设置，从前侧方包围锥状枪体，第一阳极和两个阴极在电压的作用下产生特定的电场分布。其中，该第一阴极和第二阴极所采用的材料与现有技术的电子枪阴极材料相同。其中，第一阴极和第二阴极的位置，两者所间隔的预设距离均与所需要产生的回旋管模式有关，需要在设计之初确定。

本实施例结合现有的回旋管设计，在回旋管电子枪的锥状枪体上设置两个阴极，有效解决了现有技术电子枪只能产生单束电子束的问题。

在上述实施例基础上，本发明还提供了一种双电子束电子枪。该双电子束电子枪还包括：磁场部件。该双电子束电子枪中，第一阳极呈环状，其中间具有通道。磁场部件，位于该双电子束电子枪的外围，用于产生静磁场，约束两束电子束形成处于不同引导中心位置的两束回旋电子束，从通道中通过。此外，该双电子束电子枪还包括：中间聚焦极，该中间聚焦极，位于锥状枪体上，第一阴极和第二阴极之间，用于调整两束回旋电子束的质量，例如速度零散。其中，该中间聚焦极的材料与现有技术电子枪聚焦极的材料相同。

本实施例中，双电子束电子枪能产生双回旋电子束，将该双回旋电子束放置于回旋管互作用电路的不同引导中心半径上(两个电子束位于不同半径位置上，参见图2、图3)，即高阶工作模式的不同电场强度位置上，与工作模式共同相互作用，该双回旋电子束相对于工作模式都是边界条件，因此，本发明双电子束电子枪所产生的双电子束相当为高阶工作模式引入了额外的边界条件，从而有利于互作用电路内高阶工作模式的激励，有效抑制低阶非工作竞争模式的形成。本实施例双电子束电子枪适用于各类回旋管，具有提高回旋管的功率容量和工作稳定性的优点。

以下将在上述各实施例的基础上，描述本发明的两最佳实施例双电子束电子枪。图2为本发明实施例双电子束电子枪的纵向剖面图。如图2所示，本实施例双电子束电子枪包括：前聚焦极1、电子枪锥状枪体、中间聚焦极2′、后聚焦极3、第一阳极4和第二阳极5。其中，前聚焦极1、后聚焦极3、第一阳极4和第二阳极5与现有技术图1中设置相同。本实施例与图1所示电子枪的区别在于：电子枪锥状枪体上设置有第一阴极2a(为描述方便，图中标记为阴极1)、第二阴极2b(为描述方便，图中标记为阴极2)和位于两阴极之间的中间聚焦极2′。因为本实施例的电子枪具有两个阳极，因此可将其称之为双电子束双阳极电子枪。

本实施例双电子束电子枪形成回旋电子束的机理为：电子枪通过在第一阳极和第二阳极加载电压，并在电子枪外部加载静磁场的共同作用下，产生双回旋电子束(6a，6b)。本实施例中，两个阴极的尺寸及相对位置视电子枪对电子束电流、电子束的引导位置等情况而定；中间聚焦极的形状影响着两个回旋电子束形成的质量。

需要说明的是，阴极是电子枪发射电子的部位，阴极发射电子的电流密度有一定的限制(约8A/cm²)，与电子枪的工作方式(是脉冲工作还是连续波工作)有关，脉冲工作时电流发射密度要偏大，连续波工作时电流密度要偏小，因此根据工作电流的大小以及工作方式就决定了阴极的表面积。此外，根据引导中心半径和绝热压缩比可以确定出电子枪阴极的半径尺寸。电子枪设计过程中前后聚焦极、中间聚焦极以及阳极是共同设计的，是相互关联的，设计目标就是形成质量好的回旋电子束；当然也要考虑机械加工技术难度。

图3为本发明另一实施例双电子束电子枪的纵向剖面图。与图2所示的双电子束双阳极电子枪的不同之处在于，本实施例电子枪仅有一个第二阳极5。因此可将本实施例的电子枪称之为双电子束单阳极电子枪。双电子束双阳极电子枪具有两个阳极，因此结构相对比较复杂，但是形成的电子束质量要比较高；双电子束单阳极电子枪结构比较简单，形成的电子束的速度零散较大。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种双电子束回旋管。该回旋管包括上述的双电子束双阳极电子枪或双电子束单阳极电子枪。该两种电子枪均用于提供双回旋电子束。将双回旋电子束放置于回旋管互作用电路的不同引导中心半径上，相当于为回旋管的高阶工作模式引入了额外的边界条件，有利于互作用电路内高阶工作模式的激励，从而有效抑制了低阶非工作竞争模式的形成。

综上所述，本发明的双电子束电子枪及回旋管具有以下有益效果：

1)在电子枪的锥状枪体上设置了两个阴极，在阴极和阳极的电压作用下，能产生双电子束；

2)在电子枪的外围设置磁场，能够将该双电子束约束为回旋电子束；

3)在回旋管应用中，将双回旋电子束放置于回旋管互作用电路的不同引导中心半径上，能够有效抑制了回旋管内低阶非工作竞争模式的形成。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种双电子束电子枪，其特征在于，该双电子束电子枪能够产生两束电子束，包括：第一阳极、第一阴极和第二阴极，其中，

所述第一阴极在其与所述第一阳极之间电压的作用下产生第一电子束，所述第二阴极在其与所述第一阳极之间电压的作用下产生第二电子束。

2.根据权利要求1所述的双电子束电子枪，其特征在于，

所述第一阴极和第二阴极均位于所述双电子束电子枪的锥状枪体上，两者沿所述锥状枪体轴线方向上间隔预设距离；

所述第一阳极与所述锥状枪体相对设置，从其前侧方包围所述锥状枪体。

3.根据权利要求2所述的双电子束电子枪，其特征在于，所述第一阳极呈环状，其中间具有通道；该双电子束电子枪还包括：磁场部件，

所述磁场部件，位于所述双电子束电子枪的外围，用于产生静磁场，约束所述两束电子束形成处于不同引导中心位置的两束回旋电子束，从所述第一阳极中间的通道中通过。

4.根据权利要求3所述的双电子束电子枪，其特征在于，该双电子束电子枪还包括：中间聚焦极，

该中间聚焦极，位于所述锥状枪体之上，所述第一阴极和所述第二阴极之间，用于调整所述两束回旋电子束的质量。

5.根据权利要求4所述的双电子束电子枪，其特征在于，该双电子束电子枪还包括：第二阳极，

所述第二阳极，位于所述第一阳极和所述锥状电极之间，用于降低所述两束回旋电子束的速度零散。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的双电子束电子枪，其特征在于，该双电子束电子枪还包括：前聚焦极和后聚焦极，

该前聚焦极和后聚焦极，位于所述锥状枪体之上，所述第一阴极和所述第二阴极的两侧，用于调整所述两束回旋电子束的质量。

7.一种双电子束回旋管，其特征在于，该回旋管包括权利要求3至5中任一项所述的双电子束电子枪，该双电子束电子枪，位于所述回旋管的前端，用于提供两束回旋电子束。