CN105590820A - 一种基于碳纳米管冷阴极的行波管电子枪 - Google Patents

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赵青
杨兴兴
林恩
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    • H01J23/06—Electron or ion guns
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Abstract

该发明公开了一种基于碳纳米管冷阴极的行波管电子枪，属于微波毫米波技术领域，特别是用于行波管的碳纳米管冷阴极平面电子枪。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行波管电子枪的热阴极。使得行波管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行波管电子枪
技术领域
本发明属于微波毫米波技术领域，特别是用于行波管的碳纳米管冷阴极平面电子枪。
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，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行波管电子枪的热阴极。使得行波管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。
本发明所采用的技术方案是：一种基于碳纳米管冷阴极的行波管电子枪，该电子枪包括：阴极、聚焦极、阳极，其特征在于阴极的电子出射面为碳纳米管平面，聚焦极与阳极中都留有电子通道，聚焦极的电子通道上设有栅网，阳极包括：延电子传播方向依次设置的第一阳极、第二阳极、第三阳极。
进一步的，阴极发射半径0.8到2mm，栅网电压2到4Kv，第一阳极电压15到18Kv，第二阳极电压20到23Kv，第三阳极电压23到25Kv。
本发明首次设计平面阴极发射面，使用三个阳极避免平面单阳极造成的电子束之间交叉的问题，极大的改善了电子束的层流性，降低空间电荷效应，进一步降低了行波管电子枪发射源的加工难度。
附图说明
图1为本发明电子枪结构示意图；
图2为本发明电子枪电子枪三维剖面图；
图3为本发明电子枪电子轨迹示意图；
图4为本发明电子枪出口处电子分布数据图。
图中：1.阴极，1.1.阴极发射面，2.聚焦极，2.1栅网，3.第一阳极，4.第二阳极，5.第三阳极，6.电子束。
具体实施方式
本实施方式以碳纳米管冷阴极行波管电子枪为例。
设定如下具体尺寸：阴极碳纳米管发射面的半径为1mm，与栅网距离为0.3mm，栅网电压为3Kv时，第一阳极电压为18Kv，第二阳极电压为23Kv，第三阳极电压为25Kv，阴极表面场强足够保证碳纳米管冷阴极发射面在现有碳纳米管阴极制备条件下打出电子。聚焦极延伸长度为2.3mm，聚焦极弧面与水平面夹角为50°，要比普通弧面电子枪的角度小，从而更加有利于电子束的聚焦。阳极内径为0.8mm，第一阳极与聚焦极，阳极间距离为0.5mm，电子枪出口处，打出电子束半径为0.3mm，三阳极结构实现了电子束的良好聚焦，降低了电子束的电荷效应。图3为本发明电子枪电子轨迹图，由图三可以看出，本发明电子枪，电子束层流性极好。图4为本发明电子枪出口处(即射程(13.5mm)，束腰半径所在位置)电子分布图，由图4可以看出电子注束腰半径为0.3mm，从而我们得出电子枪压缩比大于11。

Claims (2)

1.一种基于碳纳米管冷阴极的行波管电子枪，该电子枪包括：阴极、聚焦极、阳极，其特征在于阴极的电子出射面为碳纳米管平面，聚焦极与阳极中都留有电子通道，聚焦极的电子通道上设有栅网，阳极包括：延电子传播方向依次设置的第一阳极、第二阳极、第三阳极。
2.如权利要求1所述的一种基于碳纳米管冷阴极的行波管电子枪，其特征在于阴极发射半径0.8到2mm，栅网电压2到4Kv，第一阳极电压15到18Kv，第二阳极电压20到23Kv，第三阳极电压23到25Kv。
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