CN105047506A - 用于大功率行波管的收集极 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于大功率行波管的收集极，该收集极包括：形成一个空腔的收集结构(2)，所述收集结构(2)上设置有连通于所述空腔的电子注(3)通道孔，该收集极还包括：抑制极(4)，所述抑制极(4)安装于所述空腔中，且所述抑制极(4)设置于所述电子注(3)通道孔的长度方向所延伸的方向上。该收集极能一定程度上增加大功率行波管收集极的降压程度，提高行波管的效率。
Description
技术领域
本发明涉及微波真空电子器件领域，具体地，涉及一种具有抑制极的大功率行波管的收集极。
背景技术
行波管是一种利用高速电子注与微波信号互作用将电子注的动能转化为微波能量的功率放大器件。行波管的应用范围十分广阔，几乎所有的卫星通讯都使用行波管作为末级放大器。在大多数雷达系统中都要使用一只或若干只行波管作为产生高频发射脉冲的大功率放大器。行波管按慢波结构一般分为螺旋线行波管和耦合腔行波管两大类。其中耦合腔行波管常用于中大功率行波管中。
行波管主要由电子枪、慢波系统、聚焦系统、能量输入输出系统和收集极等部分组成。其中收集极的作用是回收从电子枪发射出并经过慢波系统取出部分能量的电子注。一般来说，到达收集极的电子注仍然具有很高的动能，这些动能与收集极表面碰撞后将转变成热能耗散出去。
现代行波管绝大部分采用的是降压收集极，目的是回收收集极区电子注的部分能量以提高行波管的效率。降压收集极的结构多种多样，几乎每一只管子的降压收集极的结构都有其独特之处。
在大功率(脉冲功率10kW以上)行波管中，降压收集极的设计比较困难，往往难以取得在中小功率行波管中的降压效果，其中的主要原因是电子注的反射和弹射效应限制了收集极所能采用的降压的幅度。
在行波管中，降压收集极的作用是接受互作用后的电子，由于这些电子在达到收集极内表面时仍然具有较大的动能，在与收集极的内表面撞击时，会有相当一部分电子被反射或弹射回慢波系统。因为慢波系统一般不能承受较大的电流，所以这些弹射或反射电子就在一定程度上影响了收集极的效率并进而限制了行波管整体效率的提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有抑制极的大功率行波管的收集极，该收集极能一定程度上增加大功率行波管收集极的降压程度，提高行波管的效率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于大功率行波管的收集极，该收集极包括：形成一个空腔的收集结构，所述收集结构上设置有连通于所述空腔的电子注通道孔，该收集极还包括：抑制极，所述抑制极安装于所述空腔中，且所述抑制极设置于所述电子注通道孔的长度方向所延伸的方向上。
优选地，所述抑制极包括：第一圆环、第二圆环以及多条连接筋，所述连接筋的两端分别连接于所述第一圆环和第二圆环，且所述电子注通道孔的长度方向延伸至所述第一圆环的中心处和第二圆环的中心处。
优选地，所述第一圆环和第二圆环之间的距离等于所述收集结构的长度的10％-25％。
优选地，所述连接筋的数量为12-16条；所述第一圆环、第二圆环和多条连接筋的宽度和厚度都为0.1-0.15mm。
优选地，所述收集结构的材料为钼。
优选地，在所述钼的外表面设置有厚度为6-9μm的铬层。
优选地，所述抑制极的电压为所述收集结构的电压的96-98％。
优选地，所述收集结构的形状为圆柱形，且所述电子注通道孔设置于所述圆柱的一个端面上，所述抑制极设置于远离所述端面的另一端的内部。
优选地，所述空腔包括依次贯通的第一段腔体、第二段腔体和第三段腔体，所述第一段腔体连通于所述电子注通道孔，所述第一段腔体的侧面倾斜设置，且开口朝电子注的传递方向逐渐扩大；所述第二段腔体为柱形腔体；所述第三段腔体的侧面倾斜设置，且开口朝电子注的传递方向逐渐减小。
优选地，所述抑制极安装于所述第三段腔体上，且与所述收集结构的内表面的法向距离大于1-1.2mm。
通过上述的实施方式，本发明的用于大功率行波管的收集极采用增加单独的抑制极来抑制反射和弹射的电子的数量，从而提高收集极的效率并进而提高行波管的整体效率。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是说明本发明的一种慢波系统和用于大功率行波管的收集极的具体结构示意图；
图2是说明本发明的抑制极的具体结构的主视图；以及
图3是说明本发明的抑制极的具体结构的左视图。
附图标记说明
1慢波系统2收集结构
3电子注4抑制极
41第一圆环42第二圆环
43连接筋
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指如图1、图2和图3所示的上下左右。“内、外”是指具体轮廓上的内与外。“远、近”是指相对于某个部件的远与近。
本发明提供一种用于大功率行波管的收集极，该收集极包括：形成一个空腔的收集结构2，所述收集结构2上设置有连通于所述空腔的电子注3通道孔，该收集极还包括：抑制极，所述抑制极安装于所述空腔中，且所述抑制极设置于所述电子注3通道孔的长度方向所延伸的方向上。
通过上述的实施方式，本发明的用于大功率行波管的收集极采用增加单独的抑制极来抑制反射和弹射的电子的数量，从而提高收集极的效率并进而提高行波管的整体效率。
本发明的抑制极的弹射或反射电子的工作原理：因为抑制极是一层稀疏的薄皮状结构，并且具有比收集结构2略微低的电压，因此在收集结构2内表面与抑制极之间形成了一种分布电场，电子都带负电，在撞向抑制极时，因为抑制极的稀疏现状，绝大部分电子会穿过抑制极稀疏的连接筋而直接撞向收集结构2的内表面，这些撞击后的电子有向后弹射和反射的运动趋势，但是受到抑制极与收集结构2内表面的排斥场的排斥作用，弹射和反射电子数量被推回收集结构2的内表面，从而较大幅度的减小这些电子，也就是较大幅度的抑制了弹射和反射电子。
以下结合附图1-2对本发明进行进一步的说明，在本发明中，为了让收集极的收集效果更好，特别使用下述的方式来实现。
在该种实施方式中，所述抑制极可以包括：第一圆环、第二圆环以及多条连接筋，所述连接筋的两端分别连接于所述第一圆环和第二圆环，且所述电子注3通道孔的长度方向延伸至所述第一圆环的中心处和第二圆环的中心处。所述抑制极的电压略低于所述收集结构2的电压，其电压为收集结构2电压的96-98％，这样的连接固定结构简单，固定的稳定，方便更换和制造。
在该种实施方式中，为了让电子的收集效果变得更好，所述第一圆环和第二圆环之间的距离等于所述收集结构2的长度的10％-25％。
在该种实施方式中，所述连接筋的数量为12-16条；所述第一圆环、第二圆环和多条连接筋的宽度和厚度都为0.1-0.15mm。通过上述的方式，可以让本发明的抑制极的结构更加的稳定，适合安装于收集结构2的内部。
在该种实施方式中，所述收集结构2的材料为钼。优选地，在所述钼的外表面设置有厚度为6-9μm的铬层。镀层铬可以让本发明的实施的效果更加好。
在该种实施方式中，所述抑制极的电压为所述收集结构2的电压的96-98％。通过下述的实施例可以得到，在抑制极于96-98％的电压下时，收集极的收集效果更好。
在该种实施方式中，为了实现上述的功能，将所述收集结构2的形状设置为圆柱形，且所述电子注3通道孔设置于所述圆柱的一个端面上，所述抑制极设置于远离所述端面的另一端的内部，通过这样的方式稳定固定住抑制极。
在该种实施方式中，为了让电子注3沿轴向方向传输，并且方便电子的收集，所述空腔包括依次贯通的第一段腔体、第二段腔体和第三段腔体，所述第一段腔体连通于所述电子注3通道孔，所述第一段腔体的侧面倾斜设置，且开口朝电子注3的传递方向逐渐扩大；所述第二段腔体为柱形腔体；所述第三段腔体的侧面倾斜设置，且开口朝电子注3的传递方向逐渐减小。
在该种实施方式中，所述抑制极安装于所述第三段腔体上，且与所述收集结构2的内表面的法向距离大于1-1.2mm。
在某X波段峰值功率20kW的大功率行波管中：慢波系统1的电压为21.5kV，收集结构2的电压为16.5kV，在未采用抑制极时，收集极的电流为总电流的87％，慢波系统1的截获电流为总电流的13％；在增加所述抑制极后，当抑制极的电压为16kV时，收集极的电流占总电流的92％，抑制极上的电流为2％，慢波系统1的截获电流为6％；当抑制极的电压为14.5kV时，抑制极上的截获电流增加到3.5％，导致抑制极过热而烧毁。以上实例可以看出，抑制极的电压控制为收集结构2电压的96％～98％可以让本发明的收集的电子更多，且抑制极不会被烧毁。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种用于大功率行波管的收集极，该收集极包括：形成一个空腔的收集结构(2)，所述收集结构(2)上设置有连通于所述空腔的电子注(3)通道孔，其特征在于，该收集极还包括：抑制极(4)，所述抑制极(4)安装于所述空腔中，且所述抑制极(4)设置于所述电子注(3)通道孔的长度方向所延伸的方向上。
2.根据权利要求1所述的收集极，其特征在于，所述抑制极(4)包括：第一圆环(41)、第二圆环(42)以及多条连接筋(43)，所述连接筋(43)的两端分别连接于所述第一圆环(41)和第二圆环(42)，且所述电子注(3)通道孔的长度方向延伸至所述第一圆环(41)的中心处和第二圆环(42)的中心处。
3.根据权利要求2所述的收集极，其特征在于，所述第一圆环(41)和第二圆环(42)之间的距离等于所述收集结构(2)的长度的10％-25％。
4.根据权利要求2所述的收集极，其特征在于，所述连接筋(43)的数量为12-16条；所述第一圆环(41)、第二圆环(42)和多条连接筋(43)的宽度和厚度都为0.1-0.15mm。
5.根据权利要求1所述的收集极，其特征在于，所述收集结构(2)的材料为钼。
6.根据权利要求5所述的收集极，其特征在于，在所述钼的外表面设置有厚度为6-9μm的铬层。
7.根据权利要求1所述的收集极，其特征在于，所述抑制极(4)的电压为所述收集结构(2)的电压的96-98％。
8.根据权利要求1所述的收集极，其特征在于，所述收集结构(2)的形状为圆柱形，且所述电子注(3)通道孔设置于所述圆柱的一个端面上，所述抑制极(4)设置于远离所述端面的另一端的内部。
9.根据权利要求1所述的收集极，其特征在于，所述空腔包括依次贯通的第一段腔体、第二段腔体和第三段腔体，所述第一段腔体连通于所述电子注(3)通道孔，所述第一段腔体的侧面倾斜设置，且开口朝电子注(3)的传递方向逐渐扩大；所述第二段腔体为柱形腔体；所述第三段腔体的侧面倾斜设置，且开口朝电子注(3)的传递方向逐渐减小。
10.根据权利要求9所述的收集极，其特征在于，所述抑制极(4)安装于所述第三段腔体上，且与所述收集结构(2)的内表面的法向距离大于1-1.2mm。
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