CN105551914B - 一种基于碳纳米管冷阴极的回旋管电子枪 - Google Patents

一种基于碳纳米管冷阴极的回旋管电子枪 Download PDF

Info

Publication number
CN105551914B
CN105551914B CN201511020566.1A CN201511020566A CN105551914B CN 105551914 B CN105551914 B CN 105551914B CN 201511020566 A CN201511020566 A CN 201511020566A CN 105551914 B CN105551914 B CN 105551914B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cathode
anode
carbon nanotube
electron gun
electronics
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201511020566.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105551914A (zh
Inventor
赵青
杨兴兴
丁未
刘建卫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201511020566.1A priority Critical patent/CN105551914B/zh
Publication of CN105551914A publication Critical patent/CN105551914A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105551914B publication Critical patent/CN105551914B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/02—Electrodes; Magnetic control means; Screens
    • H01J23/06—Electron or ion guns
    • H01J23/075—Magnetron injection guns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/02—Electrodes; Magnetic control means; Screens
    • H01J23/04—Cathodes

Landscapes

  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

该发明公开了一种基于碳纳米管冷阴极回旋管电子枪，属于微波毫米波技术领域。该电子枪包括：阴极、阳极、磁控装置，其中阴极为末端为锥形的柱状金属结构，其特征在于围绕阴极末端的锥形斜面设置有一圈碳纳米管；阳极为内部设置有电子腔的管状金属结构，阴极的锥形末端设置于阳极的电子腔内，顺电子发射方向阳极电子腔的内径阶段性缩小，相邻阶段之间设置有过度段，使不同内径的阶段平缓过渡；阳极外围设置有磁控装置，用于控制电子的运动轨迹。使得磁控注入电子枪能够随着器件频率向毫米波，亚毫米波频段的发展，具有反应速度快，效率高，尺寸小，可靠性高等一系列优点，从而能极大的提高电真空器件的性能。

Description

一种基于碳纳米管冷阴极的回旋管电子枪
技术领域
本发明属于微波毫米波技术领域，特别是回旋管配套用140GHz碳纳米管冷阴极磁控注入电子枪。
背景技术
微波、毫米波电真空辐射源器件作为雷达、电子对抗、空间通信等军事电子系统不可缺少的核心器件一直受到广泛重视.在上述电真空器件中阴极和电子光学系统则占有举足轻重的地位,传统器件一般采用热发射阴极系统,经过几十年的发展,热发射阴极工艺已非常成熟,被广泛应用于各类电真空器件中.但热发射阴极存在以下显著缺点:结构复杂,成本高,阴极系统由多种金属和陶瓷部件构成,由于热阴极工作在上千度的高温环境,阴极中加热用的灯丝容易断裂或短路,导致器件损坏,因而阴极系统损坏是电真空器件失效的主要原因；另一方面由于需要加热功率,增加了系统的复杂性,降低了系统效率,需要较长时间才能达到工作温度,尤其对于大功率器件,其启动时间往往长达几分钟,给使用带来很大不便。
碳纳米管作为场致发射性能优异的新型冷阴极材料，具有工作电压低，发射电流大，使用寿命长，可靠性高等特点，是当前的研究热点。目前已在场致发射显示器x射线管，阴极射线管等领域广泛应用，同时其在毫米波电真空辐射源器件的应用也具有广阔的前景。
发明内容
本专利的目的是针对背景技术存在的弊端结合碳纳米管场致发射材料的优异性能，设计一种碳纳米管场致发射冷阴极替代回旋管电子枪的热阴极。使得磁控注入电子枪能够随着器件频率向毫米波，亚毫米波频段的发展，具有反应速度快，效率高，尺寸小，可靠性高等一系列优点，从而能极大的提高电真空器件的性能。
本发明的技术方案为一种基于碳纳米管冷阴极回旋管电子枪，该电子枪包括：阴极、阳极、磁控装置，其中阴极为末端为锥形的柱状金属结构，其特征在于围绕阴极末端的锥形斜面设置有一圈碳纳米管；阳极为内部设置有电子腔的管状金属结构，阴极的锥形末端设置于阳极的电子腔内，顺电子发射方向阳极电子腔的内径阶段性缩小，相邻阶段之间设置有过度段，使不同内径的阶段平缓过渡；阳极外围设置有磁控装置，用于控制电子的运动轨迹。
进一步的，所述碳纳米管嵌入阴极末端锥形斜面内，表面与斜面齐平。
进一步的，阴极发射带半径为45到50mm，宽度为0.8到1.5mm，，阳极电压75到83Kv。
本发明首次在140GHz高功率回旋管中使用碳纳米管冷阴极发射带，使碳纳米管冷阴极回旋管电子枪不仅能同传统热阴极电子枪一样在达到一定速度比要求的同时，实现速度离散低，轨迹呈良好的螺旋状态。而且，其具有了碳纳米管冷阴极材料的反应速度快，即时启动的特点，同时，因其采用场发射原理不需要像热阴极那样的高温条件，使其能够更好的加工设计，有较低的功率损耗，起到节约能源，保护环境的效果。
附图说明
图1为回旋管电子枪阴极与阳极的二维结构图。
图2为140GHz碳纳米管冷阴极回旋管电子枪的二维纵向切面仿真图(因其轴向，径向分别对称，本图取其剖面上半部分)。
图3为碳纳米管冷阴极电子枪发射出电子束达到的速度比。
图4为碳纳米管冷阴极电子枪发射出电子束达到的轴向速度。
图5为碳纳米管冷阴极电子枪发射出电子束达到的径向速度。
图中：1.阴极，1.1.碳纳米管阴极发射带，2.阳极3.电子束轨迹。
具体实施方式
本实施方式以140GHz碳纳米管冷阴极回旋管电子枪为例。
设定如下具体尺寸：阴极发射带半径为48.7mm，宽度为1mm，阳极电压是81Kv。整个枪体总长度约为370mm。如图2为回旋管电子枪从碳纳米管阴极表面发射出电子实现的良好螺旋轨迹图。如图3为碳纳米管冷阴极发射出的电子达到的速度比为1.3。如图4,5可以看出电子束分布集中，空间电荷效应不强电子束离散小。相比于热阴极预热长达几分钟的启动时间，本设计电子枪通过控制电场强度实现瞬时启动，大大提高了回旋管电子枪的反应速度。同时热阴极工作在高温下，存在极强的散热问题和对其周围器件的热辐射问题，本设计冷阴极电子枪良好的解决目前热阴极电子枪的这一弊病，起到了节约能源保护环境的效果。

Claims (2)

1.一种基于碳纳米管冷阴极回旋管电子枪，该电子枪包括：阴极、阳极、磁控装置，其中阴极为末端为锥形的柱状金属结构，其特征在于围绕阴极末端的锥形斜面设置有一圈碳纳米管；阳极为内部设置有电子腔的管状金属结构，阴极的锥形末端设置于阳极的电子腔内，顺电子发射方向阳极电子腔的内径阶段性缩小，相邻阶段之间设置有过度段，使不同内径的阶段平缓过渡；阳极外围设置有磁控装置，用于控制电子的运动轨迹；所述电子枪阴极发射带半径为45到50mm，宽度为0.8到1.5mm，阳极电压75到83Kv，为140GHz碳纳米管冷阴极回旋管电子枪。
2.如权利要求1所述的一种基于碳纳米管冷阴极回旋管电子枪，其特征在于所述碳纳米管嵌入阴极末端锥形斜面内，表面与斜面齐平。
CN201511020566.1A 2015-12-29 2015-12-29 一种基于碳纳米管冷阴极的回旋管电子枪 Expired - Fee Related CN105551914B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201511020566.1A CN105551914B (zh) 2015-12-29 2015-12-29 一种基于碳纳米管冷阴极的回旋管电子枪

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201511020566.1A CN105551914B (zh) 2015-12-29 2015-12-29 一种基于碳纳米管冷阴极的回旋管电子枪

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105551914A CN105551914A (zh) 2016-05-04
CN105551914B true CN105551914B (zh) 2018-10-16

Family

ID=55831034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201511020566.1A Expired - Fee Related CN105551914B (zh) 2015-12-29 2015-12-29 一种基于碳纳米管冷阴极的回旋管电子枪

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105551914B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109904051B (zh) * 2019-03-29 2020-07-07 电子科技大学 一种调控电子枪阴极结构实现调节速度比方法以及电子枪阴极结构
CN113690117B (zh) * 2021-08-25 2022-05-03 电子科技大学 一种紧凑型低磁压缩比磁控注入电子枪

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5461282A (en) * 1993-02-05 1995-10-24 Litton Systems, Inc. Advanced center post electron gun
CN101620968B (zh) * 2009-08-07 2010-09-15 电子科技大学 一种带轴向信号输入的会切磁场大回旋电子枪
CN102800544B (zh) * 2012-08-30 2015-02-25 电子科技大学 一种阴极可调式双阳极磁控电子枪

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Carbon nanotube magnetron injection electron gun for a 0.22THz gyrotron";Xuesong Yuan等;《Vacuuum Electronics Conference(IVEC)，2015 IEEE International》;20150827;第1页左栏第10行至第2页左栏第20行 *
"THz回旋管电子光学系统与渐变谐振腔驻波互作用研究";雷朝军;《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20150515;第100-105页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105551914A (zh) 2016-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105551914B (zh) 一种基于碳纳米管冷阴极的回旋管电子枪
CN102110564A (zh) 一种用于空间行波管的四级降压收集极
CN107045970B (zh) 二次电子倍增阴极电子枪
CN203674151U (zh) 磁控管阴极
US2800603A (en) Traveling wave electron discharge devices
WO2016002183A1 (ja) 進行波管及び高周波回路システム
Latha et al. Design and development of a novel, compact, and light-weight multistage depressed collector for space TWTs
CN106229246B (zh) 真空电子磁控管的冷阴极电子枪
CN107910236B (zh) 一种基于热电子发射阴极的电子发射装置
CN105280461A (zh) 一种辐射电子加热式电子枪
US2151766A (en) Magnetron
US3193003A (en) Heat exchange apparatus having additional conducting paths
US3274433A (en) Magnetron and radio frequency circuitry therefor
US3400295A (en) Matched transmission line coupling for electron discharge tube
CN201838552U (zh) 一种行波管收集极
CN104332373B (zh) 一种产生圆柱形多注强流相对论电子束的冷阴极
US2749472A (en) Travelling wave tubes
Tang et al. Thermal Analysis of Magnetron Injection Gun for 170GHz Gyrotron
JP2003059414A (ja) マグネトロン
Shankar et al. Flexi Electrode Electron Gun for Long Life Travelling-Wave Tubes
CN109767963B (zh) 一种具有弯波导结构的速调管
US2817039A (en) Cathode support
CN103035459B (zh) 一种行波管用慢波结构
CN209434144U (zh) 一种可缩短长度的电子枪
CN110379690B (zh) 采用射频激励场发射电子束的冷阴极电子枪

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20181016

Termination date: 20201229

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee