CN103632904A

CN103632904A - 回旋管收集极

Info

Publication number: CN103632904A
Application number: CN201310154307.2A
Authority: CN
Inventors: 耿志辉; 刘濮鲲; 粟亦农; 张世昌; 顾伟
Original assignee: Institute of Electronics of CAS
Current assignee: Institute of Electronics of CAS
Priority date: 2013-04-28
Filing date: 2013-04-28
Publication date: 2014-03-12

Abstract

本发明提供了一种回旋管收集极。该回旋管收集极包括：过渡段；圆筒段，密封连接于过渡段；以及顶盖，密封连接于圆筒段的后侧，其内侧具有朝向圆筒段的凸起。本发明回旋管收集极中，通过回旋管收集极的凸起底壁，可以有效截获由于电子注间空间电荷力和电子注激励起的高频电磁场的扰动的影响而引起的异常杂乱电子，将杂乱的异常电子控制在有效区域内，避免不可控的出气点的出现，提高了高功率回旋管工作的稳定性。

Description

回旋管收集极

技术领域

本发明属于微波技术领域，尤其涉及一种回旋管收集极。

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。

回旋管按照微波输出结构方式可以分为两种类型：一种是轴向输出结构方式的回旋管，该类型结构的回旋管通常采用低阶圆对称工作模式，回收回旋电子注的收集极同时也是高功率微波的输出通道，由于受输出波导模式变换的限制，该类型回旋管收集极的功率容量受到了很大限制；另外一种是横向输出结构方式的回旋管，该类型结构的回旋管通常采用高阶工作模式，借助准光模式变换结构实现回旋电子注与输出微波的分离，从而可以根据功率容量要求对回旋管收集极进行单独设计。

根据空间缓变磁场中电子运动磁矩的绝热不变性原理，回旋电子注在收集极壁上的着落宽度与电子注在收集极壁上的入射角的正弦成反比，因此为了尽量增加回旋电子注在收集极壁上的着落宽度，需要尽可能的减小电子注在收集极壁上的入射角度。在高功率回旋管的实际工作过程中，回旋电子注由于受电子注间电荷力和回旋电子注在收集极内激励起的电磁场的干扰而引起的波动的影响，回旋电子注未能全部按设计要求着落在收集极壁上，造成部分电子注不可控的着落在收集极壁上其它区域，形成新的出气点，增加了高功率回旋管工作的不稳定性。

图1是现有技术锥形结构回旋管收集极的半剖面示意图。请参照图1，点划线OO′为回旋管收集极的对称轴线，收集极半径R和长度由回旋管工作的磁位形及回旋电子注的功率水平等综合因素决定。图2A为回旋电子注正常着落在图1所示的回旋管收集极壁上的仿真模拟图。图2B为当回旋电子注与收集极壁之间入射角比较小时，回旋电子注在图1所示的回旋管收集极壁上着落的仿真模拟图。对比图1和图2可以看出：虽然回旋电子注在收集极壁上的着落宽度有所增加，但由于受电子注间电荷力和电磁场干扰的影响，回旋电子注未能全部着落在收集极壁上。

在实现本发明的过程中，申请人发现常规的锥形结构的回旋管收集极存在如下缺陷：在实际工作过程中，回旋电子注由于受电子注间电荷力和电子注激励起的高频电磁场的扰动的影响，将形成异常的杂乱电子，致使回旋电子注不能全部着落在收集极壁上，造成部分电子不可控的着落在收集极的其它区域，形成新的出气点，从而引起高功率回旋管工作的不稳定性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种回旋管收集极，以提高回旋管收集极工作的稳定性。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种回旋管收集极。该回旋管收集极包括：过渡段；圆筒段，密封连接于过渡段；以及顶盖，密封连接于圆筒段的后侧，其内侧具有朝向圆筒段的凸起。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明回旋管收集极具有以下有益效果：

(1)通过回旋管收集极的凸起底壁，可以有效截获由于电子注间空间电荷力和电子注激励起的高频电磁场的扰动的影响而引起的异常杂乱电子，将杂乱的异常电子控制在有效区域内，避免不可控的出气点的出现，提高了高功率回旋管工作的稳定性；

(2)采用该形状结构收集极可以在设计回旋电子注在收集极壁上的入射角度时，可以将入射角度设计的更小些，这样一方面可以最大限度的提高收集极壁上回旋电子注的着落面积，另一面由于回旋电子注入射角度变小而散落的电子可以完全由凹形收集极的内凸面截获，从而变相地增加了整个收集极上电子注的散落面积。

本发明回旋管收集极可以有效增加回旋管收集极的功率容量、降低回旋管收集极上单位面积的功率负载和增加高功率回旋管工作的稳定性及可靠性。

附图说明

图1为现有技术锥形结构回旋管收集极的半剖面示意图；

图2A为回旋电子注正常着落在图1所示的回旋管收集极壁上的仿真模拟图；

图2B为当回旋电子注与收集极壁之间入射角比较小时，回旋电子注在图1所示的回旋管收集极壁上着落的仿真模拟图；

图3为本发明第一实施例回旋管收集极的剖面示意图；

图4为回旋电子注着落在图3所示的回旋管收集极壁上的仿真模拟图；

图5为本发明第二实施例回旋管收集极的半剖面示意图；

图6为本发明第三实施例回旋管收集极的半剖面示意图。

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。

需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

本发明提供了一种回旋管收集极。该回旋管收集极的顶盖具有朝向内侧的一个或者多个凸起，该凸起可以选择不同的形状，如柱形、圆台形、半球形等规则形状或其他不规则形状。该具有凸起的顶盖可以将杂乱的异常电子控制在有效区域内，避免出现不可控的出气点，从而提高了高功率回旋管工作的稳定性。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种回旋管收集极。图3为本发明第一实施例回旋管收集极的剖面示意图。如图3所示，点划线OO′为对称轴线，该回旋管收集极包括：过渡段；连接于过渡段的圆筒形的圆筒段；及密封扣于圆筒段后侧的顶盖。其中，该过渡段呈锥形或阶梯形，从而实现从电子枪的小半径到一个大半径的跳跃。该圆筒段的半径为R，长度为H。两个参数R、H由回旋管工作磁场的磁位形及回旋管电子注的功率等综合因素决定。该顶盖具有朝向所述圆筒段的圆柱形凸起。

所述顶盖整体上呈平面型或图1所示的锥形，该圆柱形凸起位于顶盖的中央位置，其中心与圆筒段的中心重合，其半径为r₁，高度为h₁，该圆柱形凸起的半径和高度根据模拟设计及测试过程中回旋电子注的具体散落情况确定。优选地，R/4≤r₁≤R，所述h₁≤2H/3。

图4为回旋电子注着落在图3所示的回旋管收集极壁上的仿真模拟图。由图4可以看出，采用凹形结构收集极可以有效截获由于电子注间电荷力和电磁场扰动的影响而引起的异常杂乱电子，将异常电子控制在有效区域内，而且收集极壁上回旋电子注的着落面积也有所增加。

在大多数情况下，回旋电子注不会着落在回旋管收集极的电子注进口和圆筒形腔靠近电子注进口的前部。相对于回旋电子束而言，收集极是一个半开放式的腔体结构，互作用后的回旋电子注在收集极区内也会激励起杂模的高频电磁场振荡，从而会扰动回旋电子注。

为了防止高频电磁场振荡，在回旋管收集极的过渡段和/或圆筒段靠近过渡段部分的内侧涂敷无磁衰减材料，如石墨乳、炭化硅等，从而抑制或吸收激励起的高频电磁场，从而提高了高功率回旋管工作的稳定性。

在本发明的另一个示例性实施例中，还提供了另一种回旋管收集极。本实施例与图3所示的回旋管收集极的过渡段和圆筒段部分相同，不同之处仅在于顶盖上凸起的形状。

图5为本发明第二实施例回旋管收集极的半剖面示意图。请参照图5，本实施例中，凸起为进入圆筒段的半径为r₂的球形。该球形凸起的半径和高度根据模拟设计及测试过程中回旋电子注的具体散落情况确定。优选地，R/4≤r₂≤R，所述h₂≤2H/3。

对于图5所示的回旋管收集极，其能够实现与图3所示回旋管收集极同样的有益效果，此处不再重述。

在本发明的再一个示例性实施例中，还提供了另一种回旋管收集极。本实施例与图3所示的回旋管收集极的过渡段和圆筒形腔部分相同，不同之处仅在于顶盖上凸起的形状。

图6为本发明第三实施例回旋管收集极的半剖面示意图。请参照图2，本实施例中，凸起为圆台形。其中，r₃和r_3’分别为圆台形凸起的上下底面的半径，h₃为圆台凸起进入圆筒形内腔的深度。优选地，R/4≤r₃＜r_3’≤R，所述h₃≤2H/3。

对于图6所示的回旋管收集极，其能够实现与图3所示回旋管收集极同样的有益效果，此处不再重述。对于图3、图5和图6所示的回旋管收集极，可以整体加工完成，也可以采用分体加工的方式，也就是将凸起部分和除凸起部分之外其他部分分开加工，然后将两部分采用钎焊的方法组成整体。

依据以上三个实施例描述，本领域技术人员应当对本发明回旋管收集极有了清楚的认识。需要说明的是，虽然图3、图5和图6中，顶盖上的凸起均为一个，但本领域技术人员应当清楚，在不考虑加工难度的情况下，该凸起的数量还可以为多个，其同样能够实现上述的各种有益效果。

综上所述，本发明提供了一种具有凸起底壁的回旋管收集极，该回旋管收集极可以有效截获由于电子注空间电荷力和杂模高频场的扰动而引起的杂乱电子，将杂乱的异常电子控制在有效区域内，提高了高功率回旋管工作的稳定性。

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

1.一种回旋管收集极，其特征在于，包括：

过渡段；

圆筒段，密封连接于所述过渡段；以及

顶盖，密封连接于所述圆筒段的后侧，其内侧具有朝向所述圆筒段的凸起。

2.根据权利要求1所述的回旋管收集极，其特征在于，所述凸起为一个或多个，该一个或多个凸起位于所述顶盖的中央位置，呈规则形状或不规则形状。

3.根据权利要求2所述的回旋管收集极，其特征在于，所述凸起为一个，呈圆柱形，其中心轴线与所述圆筒段的中心轴线重合。

4.根据权利要求3所述的回旋管收集极，其特征在于，所述圆柱形凸起满足：

R/4≤r₁≤R，h₁≤2H/3

其中，R、H分别为所述圆筒段的半径和长度，r₁和h₁分别为所述圆柱形凸起的半径及进入所述圆筒段的长度。

5.根据权利要求2所述的回旋管收集极，其特征在于，所述凸起为一个，呈球形，其中心轴线与所述圆筒段的中心轴线重合。

6.根据权利要求5所述的回旋管收集极，其特征在于，所述球形凸起满足：

R/4≤r₂≤R，h₂≤2H/3

其中，R、H分别为所述圆筒段的半径和长度，r₂和h₂分别为所述球形凸起的半径及进入所述圆筒段的长度。

7.根据权利要求2所述的回旋管收集极，其特征在于，所述凸起为一个，呈圆台形，其中心轴线与所述圆筒段的中心轴线重合。

8.根据权利要求7所述的回旋管收集极，其特征在于，所述球形凸起满足：

R/4≤r₃＜r_3’≤R，所述h₃≤2H/3

其中，R、H分别为所述圆筒段的半径和长度，r₃和r_3’分别为圆台形凸起的上下底面的半径；h₃为所述圆台形凸起进入所述圆筒段的长度。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的回旋管收集极，其特征在于，所述过渡段呈锥形或阶梯形；所述顶盖整体上呈平面形或锥形。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的回旋管收集极，其特征在于，所述过渡段、圆筒段及顶盖一体成型；或

所述凸起与所述回旋管收集极的其他部分焊接，所述回旋管收集极的其他部分包括：过渡段、圆筒段和除所述凸起之外的顶盖部分。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的回旋管收集极，其特征在于，所述过渡段内侧，和/或圆筒段靠近所述过渡段部分的内侧，均涂敷无磁衰减材料。

12.根据权利要求11所述的回旋管收集极，其特征在于，所述无磁衰减材料选自于以下材料中的一种：石墨乳和炭化硅。