CN102800544B

CN102800544B - 一种阴极可调式双阳极磁控电子枪

Info

Publication number: CN102800544B
Application number: CN201210315196.4A
Authority: CN
Inventors: 鄢然; 罗勇; 屈晓斌; 王丽; 王建勋; 李焱昭
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2032-08-30
Also published as: CN102800544A

Abstract

该发明属于与真空回旋管配套用双阳极磁控电子枪，包括电子枪壳体及底座，含电热丝，带环形标尺段、螺纹段和导向平面的电热丝套筒及绝缘填充物在内的电热丝组件，将电热丝组件固定于电子枪壳体内的带滑动式定位套的支撑筒，设于电热丝套筒与其支撑筒之间的含调节螺母在内的调节机构总成，电子枪阴极及固定环板，第一阳极及固定环，第二阳极；该发明可根据工作状况调节阴极与阳极之间的距离，所得电子注的横纵速度比大于1.0、纵向速度离散小于1.5%。有效克服传统电子枪因装配误差及过热变形或因电流、电压变化大带来的影响，具有可适应更大范围工作电流和电压，速度的离散性低、电子注的性能优良，并可提高后续回旋管注波互作用功率和效率等特点。

Description

一种阴极可调式双阳极磁控电子枪

技术领域

本发明属于高功率微波、毫米波、亚毫米波技术领域中的双阳极磁控电子，枪特别是一种与真空回旋管配套用的阴极可调式双阳极磁控电子枪。

背景技术

回旋管是上世纪六十年代由前苏联科学家利用电子回旋谐振受激辐射这一机理做出的，也是第一个重点发展的电子回旋脉塞器件，由于回旋管在毫米波及亚毫米波频段所表现出来的卓越性能，为毫米波、亚毫米波在雷达与制导系统、电子战、毫米波通信、高功率微波系统、受控热核聚变等领域的应用起到了很大的推动作用，因此得到了世界各国的重视，并先后开展了回旋管的理论和应用研究。回旋管是通过电子在真空中的运动将电子所携带的直流电能转换成微波能量的器件。电子枪产生电子注，电子注在高频结构中与高频场相互作用，将直流能量转化成高频能量。在回旋管器件中，由于互作用区的注波互作用发生在电磁波横向电场与电子注横向能量之间，同时整个管子要求电子枪产生高电流密度，层流性好的电子注，因此，如何产生高横纵速度比、较低的速度离散的回旋电子注就成为回旋管器件的重要性能。目前用于回旋管的电子枪，大部分都是磁控注电子枪。磁控注入枪(MIG)的主要工作原理是：在温度限制下的环状阴极产生的空心电子注在倾斜电场与纵向磁场的共同作用下，产生一个初始的回旋运动。这个时候，电子的横向能量比较小，经过一段纵向磁场缓慢上升的过渡区，在绝热压缩情况下回旋电子注的电流密度增大，电子注半径减小，而横向能量逐渐增加。电子注中的电子同时具有纵向速度和横向速度，当电子的横向速度和纵向速度之比达到要求时，进入注波互作用区，与电磁波交换能量。由于电子注的质量对回旋管注波互作用效率的影响极大，为了获得更好的互作用效率，要求电子注的速度离散尽可能的小。而影响磁控注入电子枪速度离散的一个主要因素是阳极与阴极间的相对位置，如果生产及使用中阴极与阳极的相对位置与设计位置之间出现偏差，速度离散会显著增大。

常规双阳极磁控电子枪的结构(如图1)包括：电子枪壳体及其底座，含电热丝及其引出线、电热丝套筒及其绝缘填充物在内的电热丝组件以及将电热丝套筒固定于电子枪壳体内的带固定套的支撑筒，含前形成极、阴极发射环、后形成极在内的阴极及其固定环板，设于阴极前端并罩于阴极上的第一阳极及其固定环，紧固于壳体前端的第二阳极。该电子枪内的支撑筒的后部紧固于底座中心孔内、电热丝组件通过其支撑筒固定于电子枪壳体内的轴线上，电子枪阴极则通过其固定环板紧固于电热丝套筒前端，电子枪第一阳极嵌入电子枪壳体前端内壁中并罩于阴极上后、通过其固定环及壳体端口紧固于壳体内，第二阳极通过其后端紧固于壳体的前端口上。专利号为200810114538.X、发明名称为《抑制回旋管放大器双阳极磁控式注入电子枪区振荡的方法》即属于此类双阳极磁控电子枪，该类电子枪的阴极通过其支撑筒与电子枪焊接成一体，其它各部件亦是相对固定的，因此在电子枪的制造与装配过程中一旦电子枪的阴极与阳极的相对位置出现偏差、即无法调整，且在工作过程中因各部件受热不均匀引起的热变形或因工作电流和电压变化过大，造成阴、阳极的相对位置改变，均将导致阴极表面电场改变、电子枪工作时的电子初始速度离散增大，使回旋管注波互作用效率降低等弊病的发生。因而、此类电子枪存在速度零散大，很难满足使用中速度离散小于3％的要求，回旋管注波互作用效率低等缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，改进设计一种阴极可调式双阳极磁控电子枪，该电子枪可根据工作状况调节阴、阳极的相对位置，有效降低电子枪工作时纵向速度离散性，以获得性能优良的电子注、提高后续回旋管注波互作用的功率和效率等目的。

本发明的解决方案是在背景技术基础上将电热丝组件连同位于其前端的节阴改为可沿电子枪轴线移动的可调式阴极、以克服背景技术采用固定式阴极带来的弊端。为了确保阴极调节的准确性和稳定性，本发明将电热丝组件的后端延长到底座外并在电热丝套筒后部的外环面上增设一环形标尺段及一螺纹段、在电热丝套筒外环面的中前部设置确保其轴向移动的导向平面以防止其转动，同时在电热丝套筒后部螺纹段与其支撑筒之间增设一调节螺母、以调节电热丝组件及位于其前端的阴极的轴向位移，为了确保在位移调节过程中电热丝组件及阴极不发生转动、将原支撑筒内两个内环面为圆柱面的固定套改为带导向平面的可轴向运动的可滑动式定位套，与电热丝套筒上的导向平面配合以实现其位移的调节，为了固定调节后的位置、在调节螺母与电热丝套筒之间还增设一锁紧螺母、以确保调节后阴极位置的稳定；本发明即以此实现其发明目的。因此，本发明阴极可调式双阳极磁控电子枪包括电子枪壳体及其底座，含电热丝、电热丝套筒及其绝缘填充物在内的电热丝组件以及将电热丝组件固定于电子枪壳体内的带定位套的支撑筒，含前形成极、阴极环(电子发射环)、后形成极在内的电子枪阴极及其固定环板，设于阴极前端并罩于阴极上的第一阳极及其固定环，紧固于壳体前端的第二阳极；关键在于所述电热丝组件的后端延长到底座外并在电热丝套筒后部的外环面上依次增设一环形标尺段及一螺纹段、同时在外环面的中前部设置仅能轴向移动的导向平面，同时在电热丝套筒后部螺纹段与其支撑筒之间增设一带旋转柄和(轴向)限位槽的调节螺母，在支撑筒内的定位套则为带导向平面的可轴向运动的滑动式定位套；带定位套的支撑筒仍通过其后部紧固于底座中心孔内，带轴向限位槽的调节螺母通过卡环嵌入限位槽后与底座呈可转动式固定，电热丝组件则通过电热丝套筒后部的螺纹与调节螺母连接、通过套筒中前部外环面上设有导向平面的柱面与支撑筒内的定位套可滑动式连接，电子枪阴极通过其固定环板与电热丝套筒前端面紧固连接，第一阳极通过其固定环及壳体前端口固定于壳体内，第二阳极通过其后端与壳体前端密封紧固成一体。

为了防止调定后的阴极位置发生变动及方便读数，在调节螺母与电热丝套筒之间还设有一外端面位于环形标尺段内的锁紧螺母。所述在电热丝套筒外环面的中前部设置确保其仅能轴向移动的导向平面，导向平面的个数1个或对称设置2个。所述电热丝套筒后部的螺纹与调节螺母均为细牙螺纹。

本发明由于在背景技术基础上将电热丝组件的后端延长到底座外并在电热丝套筒后部的外环面上增设一环形标尺段及一螺纹段、在电热丝套筒外环面的中前部上设置确保其轴向移动的导向平面与支撑筒内两个带导向平面的可可滑动式定位套配合以防止其转动，同时在电热丝套筒后部螺纹段与其支撑筒之间增设一调节螺母、以调节电热丝组件及位于其前端的阴极的轴向位移；本发明可根据工作时场强分布状况沿着电极中心轴调节阴极与阳极之间的距离，使阴极处于最佳的发射状态以获得性能优良的电子注，本发明所得电子注的横纵速度比大于1.0、纵向速度离散小于1.5％，可有效降低因电子枪装备误差及热形变带来的影响、对工作电流和电压的冗余度变大，可以提高电子枪的适应性能和稳定性。因而本发明具有可有效克服电子枪因装配误差及过热变形带来的影响，提高了电子枪的适应性能和稳定性，可适应更大范围的工作电流和电压，有效降低电子枪工作时电子初始速度的离散性、获得性能优良的电子注，为回旋管注波互作用效率的提高提供可靠保证等特点。

附图说明

图1为背景技术阴极固定式双阳极磁控电子枪结构示意图(剖视视图)；

图2为本发明阴极可调式双阳极磁控电子枪结构示意图(剖视视图)；

图3为本发明具体实施方式在10A、12A及14A三种不同发射电流的条件下、随阴极轴向位置变化其电子注纵向速度离散状态曲线示意图(坐标图)。

图中：1.第二阳极、2.第一阳极、2-1.阳极固定环，3.壳体、4.调节机构第总成、4-1.紧固螺钉、4-2.轴向定位板、4-3.调节螺母、4-4.锁紧螺母，5.电热丝组件、5-1.电热丝套筒、5-2.电热丝、5-3.绝缘介质、5-4.标尺段、5-5.(轴向移动)调节螺纹、5-6.导向平面、6.底座、7-1.后支撑筒，7-1.1、7-2.1：定位套、7-2.前支撑筒，8.阴极、8-1.阴极支撑环、8-2.后形成极、8-3.阴极发射带、8-4.前形成极。

具体实施方式

本实施方式：电子枪总长283mm，第二阳极1，轴线长105mm、后部外径Φ68mm、后部内径Φ26mm、前部长86mm、前部内腔锥度11°；第一阳极2.，轴线长26mm、后部外径Φ57mm、后部内径Φ48mm、后部(罩于阴极上的)锥环面倾角为60°；壳体3.外径Φ68mm、长150mm、壁厚5.5mm；调节机构总成4中：调节螺母4-3轴向高26mm、螺纹亦为G10的细牙管螺纹，其上的轴向限位槽宽3mm、槽底直径Φ17.26mm、前端与后支撑筒7-1配合处直径Φ22mm、后端旋转柄直径Φ19mm(柱面滚花)，锁紧螺母4-4轴向高12mm、内孔亦为G10的细牙管螺纹、螺母外端面与轴芯线垂直并磨光以同时作为读标尺刻度值的游标用；电热丝组件5中：电热丝套筒5-1长152mm、外径Φ10mm、壁厚1.0mm，其上标尺段5-4外径Φ9.0mm(壁厚0.5mm)、轴向长10mm，调节螺纹5-5亦采用G10的细牙管螺纹、螺纹段长45mm，导向平面5-6本实施方式在螺纹段前部的套筒外表面上、下对称磨弓高为0.2mm的2个弧形柱面而成；电热丝5-2阻值0.5Ω、功率为50W；底座6.外径Φ102mm、厚15mm、中心孔直径Φ27mm；前、后支撑筒7-1、7-2总长121mm、外径Φ27mm、厚2.5mm，前支撑筒7-2长65mm，后支撑筒7-1的后部嵌入底座3的中心孔并紧固成一体，两定位套7-1.1、7-2.1的内孔为与电热丝套筒上导向平面(5-6)段的横截面相同的类椭圆孔、各孔轴向长11mm，两者配合为H7/h6；阴极8底部外径Φ26mm、壁厚为2mm、锥顶角为90°、锥高为11.6mm的空心锥体，其中后形成极8-2轴向高3.2mm、阴极发射带8-3轴向高4.4mm、前形成极8-4轴向高4.0mm，整个阴极头通过阴极支撑环8-1与电热丝套筒5-1前端紧固焊接成一体并随电热丝套筒5-1的移动而移动；其余第一阳极2及阳极支撑环2-1与壳体3之间、壳体3与底座6之间的连接均与背景技术相同。

本实施方式当第一阳极电压为37kV，第二阳极电压为70kV，阴极发射带倾角为45°，阳极倾角为30°，热丝电阻为0.5欧姆，功率为50瓦，电流密度为10A/cm²，发射电流为12A，互作用区的磁场为1.2T，磁压缩比为8，所得电子注的横纵速度比为1.02，纵向速度离散为1.0％的高性能电子注；与回旋管配合、此电子注经互作用功率达到了200kW、效率达30％，有提高了回旋管的功率和效率。

附图3是在10A、12A及14A三种不同发射电流的条件下随阴极轴向位置变化其电子注纵向速度离散状态曲线示意图，图中横坐标上的负(—)号表示将阴极调离阳极，从图中可看出在三种不同发射电流的条件下，通过对阴极轴向位置的调节，均可获得纵向速度离散纵向速度离散小于1.5％的性能优良的电子注。因而本发明电子枪可以适应更大范围的工作电压和电流、并满足第一阳极与第二阳极的分压比的变化。

Claims

1.一种阴极可调式双阳极磁控电子枪，包括电子枪壳体及其底座，含电热丝、电热丝套筒及其绝缘填充物在内的电热丝组件以及将电热丝组件固定于电子枪壳体内的带定位套的支撑筒，含前形成极、阴极环、后形成极在内的电子枪阴极及其固定环板，设于阴极前端并罩于阴极上的第一阳极及其固定环，紧固于壳体前端的第二阳极；其特征在于所述电热丝组件的后端延长到底座外并在电热丝套筒后部的外环面上依次增设一环形标尺段及一螺纹段，同时在外环面的中前部设置仅能轴向移动的导向平面，在电热丝套筒后部螺纹段与其支撑筒之间增设一带旋转柄和限位槽的调节螺母，在支撑筒内的定位套则为带导向平面的可轴向运动的滑动式定位套；带定位套的支撑筒仍通过其后部紧固于底座中心孔内，带轴向限位槽的调节螺母通过卡环嵌入限位槽后与底座呈可转动式固定，电热丝组件则通过电热丝套筒后部的螺纹与调节螺母连接、通过套筒中前部外环面上设有导向平面的柱面与支撑筒内的定位套可滑动式连接，电子枪阴极通过其固定环板与电热丝套筒前端面紧固连接，第一阳极通过其固定环及壳体前端口固定于壳体内，第二阳极通过其后端与壳体前端密封紧固成一体。

2.按权利要求1所述阴极可调式双阳极磁控电子枪，其特征在于为了防止调定后的阴极位置发生变动及方便读数，在调节螺母与电热丝套筒之间还设有一外端面位于环形标尺段内的锁紧螺母。

3.按权利要求1所述阴极可调式双阳极磁控电子枪，其特征在于在电热丝套筒外环面的中前部设置仅能轴向移动的导向平面，导向平面的个数为1个或对称设置2个。

4.按权利要求1所述阴极可调式双阳极磁控电子枪，其特征在于所述电热丝套筒后部的螺纹与调节螺母均为细牙螺纹。