CN102800545A - 阴极可调式单阳极磁控电子枪 - Google Patents

阴极可调式单阳极磁控电子枪 Download PDF

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阴极可调式单阳极磁控电子枪。该发明属于与真空回旋管配套用单阳极磁控电子枪，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，阳极及固定环；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2%。因而有效克服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的工作电流和电压，电子纵向速度的离散性低、电子注的性能优良，并可确保后续回旋管注波互作用功率和效率的提高等特点。

Description

阴极可调式单阳极磁控电子枪
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单阳极磁控电子，枪特别是一种与真空回旋管配套用的阴极可调式单阳极磁控电子枪。
背景技术
高功率回旋管作为高功率微波源有着极为重要的作用，随着回旋管在毫米波雷达、通信、高功率微波武器方面的研究，特别是受控热核聚变，高能物理和工业方面的诱人前景，推动了回旋管的发展，对回旋管功率和效率的要求也越来越高。由于电子注的质量对回旋管注波互作用效率的影响极大，因而回旋管磁控注入电子枪(MIG)提供的螺旋型电子注，必须满足以下性质：(1)适当的速度比；(2)较低的速度离散；(3)较好的电子注几何形状。
常规单阳极电子枪、如“Design of a single anode magnetron injection electronicgun（单阳极磁控注入电子枪）”参见《High Power Laser and Particle Beam（强激光和粒子束）》2000,12(3):331-334，Wang Huajun,Li Hongfu,Zhou Xiaolan（王华军,李宏福,周晓岚）、其结构包括：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、环带形阴极、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阳极及其固定环。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，电子枪阳极后部嵌入电子枪壳体前部内壁并罩于阴极上后、通过其固定环紧固于壳体上（参见附图1）；该电子枪虽然具有结构相对简单，但由于电热丝组件及电子枪阴极是通过支撑筒与底座紧固成一体的，因此存在：一是对装配的工艺要求高，一旦阴、阳极的相对位置与设计要求发生偏差，则没法调整；二是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、阳极的相对位置偏移，阴极表面电场改变；上述两种情况均会导致电子枪工作时的电子初始速度离散增大、注波互作用效率降低等弊病的发生。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术存在的弊病，改进设计一种阴极可调式单阳极磁控电子枪，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、提高后续回旋行波管注波互作用功率和效率等目的。
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滑动的定位套；本发明即以此实现其发明目的。因此，本发明阴极可调式单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（电热丝组件）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阳极及其固定环；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、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；其余阳极与电子枪壳体、电子枪壳体与底座的连接均与背景技术相同。
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了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的导向平面与支撑筒内两个带导向平面的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2.0%，（背景技术单阳极电子枪在相同的横纵速度比的条件下、速度离散为4%），有效降低因电子枪装备误差及热形变或因工作电流和电压变化过大带来的影响。因而具有电子枪的适应性强和稳定性好，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、所获电子注的性能优良，并可为回旋行波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单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单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.阳极、1-1.阳极支撑环，2.壳体，3.底座，4.调节机构总成、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，6-1.后支撑筒，6-1.1、6-2.1：定位套，6-2.前支撑筒，7.阴极、7-1.阴极支撑环、7-2.后形成极、7-3.阴极环、7-4.前形成极。
具体实施方式
本实施方式：总长283mm，阳极1.轴线长136mm、后部外径Φ57mm、中部直径Φ26mm、前部长86mm、后部（罩于阴极上的）锥环面倾角为32°、前部内腔锥度11°，壳体2.外径Φ68mm、长150mm、壁厚5.5mm，底座3.外径Φ102mm、厚15mm、中心孔直径Φ27mm；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长以前的套筒上、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；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6-1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；前、后支撑筒6-2、6-1总长121mm、外径Φ27mm、厚2.5mm，前支撑筒6-2长65mm，后支撑筒6-1的后部嵌入底座3的中心孔并紧固成一体，两定位套6-1.1、6-2.1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7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7-2轴向高3.2mm、阴极环7-3轴向高4.4mm、前形成极7-4轴向高4.0mm，整个阴极头通过.阴极支撑环7-1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；其余阳极1及阳极支撑环1-1与壳体2之间、壳体2与底座3之间的连接均与背景技术相同。
本实施方式当阳极电压为60kV、灯丝加热功率为50W，电流为10A，电流密度为3.5A/cm2，互作用区的磁场为3.5T，磁压缩比为13；所得电子注的横纵速度比为1.1，纵向速度离散为1.5%；与回旋管配合、此电子注经过注波互作用功率达到了150kW、效率达到了25%，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2.0%的性能优良的电子注。

Claims (4)

1.一种阴极可调式单阳极磁控电子枪，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阳极及其固定环；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、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。
2.按权利要求1所述阴极可调式单阳极磁控电子枪，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所述阴极可调式单阳极磁控电子枪，其特征在于所述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所述阴极可调式单阳极磁控电子枪，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。
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