CN107895719B - 一种可调节高阻抗小型化高压二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可调节高阻抗小型化高压二极管，包括绝缘子、阳极筒、阴极杆、阴极座、环形阴极和飘移管，所述阳极筒与飘移管同轴线设置，其外部表面同轴设置有主引导磁场，所述阴极杆、阴极座、环形阴极依次同轴连接为一体，与阳极筒同轴线设置，与阳极筒在轴向位置上不重叠，所述阴极杆上同轴设置有补充磁场，所述环形阴极与阳极筒之间的轴向距离可以调节；本发明能够实现高压二极管的高阻抗性能，设计巧妙，结构简单易于实现，使用方便且制作和维护费用较低，体积小，重量轻，能耗低，在高阻抗微波器件研制中具有广泛的应用前景，在移动平台应用中尤为有利，具有突出的实质性特点和显著进步，适合大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及二极管领域，尤其是一种可调节高阻抗小型化高压二极管。
背景技术
高功率微波源系统实用化的需求，对功率源及微波器件提出了进一步提升功率水平，同时降低体积重量的要求。常规结构高功率微波放大型器件(如RKA)由于空间电荷效应导致工作频率和输出微波功率上限等问题。提升器件工作阻抗，其工作电流降低可以减弱空间电荷效应的影响，提升器件工作效率，同时由于同样工作电压条件下对前级驱动源功率要求较低，便于全系统小型化设计。在传统的强流无箔二极管中，电子束采用全浸没发射的方式，阴极发射区及阳极筒完全浸入引导磁场均匀区。这样的结构中，二极管的高阻抗与小型化之间是互相矛盾的。二极管往高阻抗调节的过程中受到阴极杆和阳极筒径向距离的限制，在固定的阴极尺寸下，如果要实现较高的阻抗，就需要加大阳极筒及引导磁场径向尺寸，增加系统的体积和重量。同时，在阴极杆电压提升到一定程度后，阴极杆不可避免地产生一部分径向电子发射，其中的一部分电子将沿着引导磁场端部向外发散的磁力线形成电子回流，从而影响电子束传输效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种可调节高阻抗小型化高压二极管，既能获得较高的二极管阻抗，又能缩小二极管阳极筒尺寸，还可实现二极管强流电子束的高效率传输，二极管的阻抗可通过改变阴极与阳极的距离实现调节。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可调节高阻抗小型化高压二极管，包括绝缘子、阳极筒、阴极杆、阴极座、环形阴极和飘移管，所述阳极筒与飘移管同轴线设置，其外部表面同轴设置有主引导磁场，所述阴极杆、阴极座、环形阴极依次同轴连接为一体，与阳极筒同轴线设置，与阳极筒在轴向位置上不重叠，所述阴极杆上同轴设置有补充磁场，所述环形阴极与阳极筒之间的轴向距离可以调节。
在上述技术方案中，所述主引导磁场可以为螺线管电磁场，也可以为永磁体，也可以为超导磁体；所述补充磁场可以为螺线管电磁场，也可以为永磁体；所述阴极杆可以为软磁材料，也可以为非磁性材料。
在上述技术方案中，所述主引导磁场和补充磁场可以采用上述磁场的任意组合方式。
在上述技术方案中，所述所述环形阴极与阴极座同轴设置，且环形阴极相对于阴极座的轴线位置可以调节。
在上述技术方案中，所述阴极座的端部与环形阴极之间设置有金属垫片。
在上述技术方案中，所述金属垫片包括若干片，每片之间为非固定连接。
在上述技术方案中，所述补充磁体设置在阴极杆上不靠近阳极筒的一端。
在上述技术方案中，所述补充磁体设置在阴极座上轴向上，与绝缘子之间设置有金属屏蔽环。
在上述技术方案中，所述补充磁体与环形阴极不接触。
在上述技术方案中，阴极杆、阴极座、设置在阴极座上的环形阴极与阳极筒在轴向上不重叠。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中，阴极杆和环形阴极与阳极筒在轴向上不重叠，在二极管阻抗调节过程中不受阴极杆与阳极筒径向距离的限制，主要由加载电压及阴阳极轴向距离决定，从而可以在相同的阴极尺寸下得到更高的二极管阻抗及更宽的阻抗调节范围。
本发明中，不存在阴极杆与阳极筒之间的径向电子发射，降低了这类电子沿引导磁场端部磁力线往绝缘子方向回流的概率，提升了电子束传输效率。
本发明中，电子束产生及传输区域的引导磁场由主引导磁场及补充磁体共同形成。主引导磁场的端部磁场得到有效利用，从而减小了主引导磁场的轴向长度。
本发明中，阴极杆和环形阴极与阳极筒在轴向上不重叠，阳极筒径向尺寸不受限于与阴极杆保持耐压距离，从而缩小了阳极筒直径，实现二极管结构小型化。位于阳极筒及飘移管外部的主引导磁场径向尺寸及功耗也可以相应减小。
本发明设计巧妙，结构简单易于实现，使用方便且制作和维护费用较低，体积小，重量轻，能耗低，在高阻抗微波器件研制中具有广泛的应用前景，在移动平台应用中尤为有利，具有突出的实质性特点和显著进步，适合大规模推广应用。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的剖视图。
其中：1是绝缘子，2是二极管外筒，3是屏蔽环，4是补充磁体，5是阳极筒，6是主引导磁场，7是飘移管，8是环形阴极，9是阴极座，10是阴极杆。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
如图1所示，为了解决现有技术中存在的二极管高阻抗调节和系统小型化间的矛盾，及传输效率不高等问题，本发明中的轴向无箔二极管包括外部由导体构成的二极管外筒，由尼龙或其他绝缘材料构成的绝缘子，由金属材料构成的屏蔽环，由导体构成的阴极杆，由导体构成的阴极座，具有一定厚度的圆环形阴极材料构成的环形阴极，由导体构成的阳极筒，以及由导体构成的飘移管。绝缘子、二极管外筒、阳极筒及飘移管共同形成一个封闭的真空二极管腔。主引导磁场同轴地安装在阳极筒及飘移管外部的空气中。补充磁体同轴地安装在阴极杆外部,位于真空区中。主引导磁场及补充磁体分别位于阴极的前后两侧，两种磁场叠加形成阴极发射区及电子束传输区域的引导磁场。为了使阴极发射区的磁场强度进一步增加，并调节引导磁场位形，阴极杆和阴极座也可设置为软磁材料。阴极杆和阴极与阳极筒同轴安装，阴极杆和阴极不伸入阳极筒中，三者之间在轴向上不重叠。
本方案中，有两个非常重要的改进点，第一就是二极管由传统的阴极杆、阴极伸入阳极筒的浸没式结构改为阴极杆、阴极位于阳极筒外部，在轴向上不重叠的非浸没式结构。采用这种结构以后阳极筒不再受到与阴极杆之间耐压距离的限制，从而可以大幅缩小直径，实现二极管结构的小型化。另外在调节二极管阻抗的过程中阴阳极之间不再受到径向距离的限制，主要由加载电压及阴阳极轴向间距决定，从而实现了二极管更高阻抗的范围调节。
第二就是本方案中采用的混合磁场，对于磁场的选择有了更大的空间，不再像传统的必须是主引导磁场为电磁场补充磁场为永磁场了。而是主引导磁场可以为螺旋管电磁场，也可以为永磁场，也可以为超导磁场，补充磁场可以是螺旋管电磁场，也可以是永磁场；而对于主引导磁场和补充磁场的组合可以采用任意形式的组合，不需要特别限定主引导磁场和补充磁场必须是某一类磁场。
本实施例中给出了一种用于产生并传输轴向环形电子束的高阻抗强流无箔二极管，本实施例的具体尺寸为：二极管外筒采用无磁不锈钢材料，内半径为309mm；绝缘子采用尼龙材料；屏蔽环采用无磁不锈钢材料，外半径为200mm；阴极杆采用软磁材料A3钢，外半径为42mm；阴极座采用无磁不锈钢材料，最大外半径49mm；环形阴极内半径19mm外半径22mm,材料为石墨；阳极筒和飘移管采用无磁不锈钢材料，内半径均为46mm；主引导磁场采用螺线管，线圈内半径100mm，外半径250mm，轴向长度400mm，采用6mm*6mm铜线绕制，导线上流通的电流为350A，冷却方式为水冷。补充磁场采用永磁体，永磁环外半径115mm，内半径47.5mm，轴向长度55mm，磁牌号为N45，磁化方向为径向方向，最大剩磁1.4T。实验结果表明：当轴向无箔二极管工作参数为电压700kV,电流3.7kA，对应阻抗190欧姆时，环形电子束能够全部顺利传输通过飘移管，未发现电子打到阳极筒和飘移管壁的情况，通过率达到100％。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (7)
1.一种可调节高阻抗小型化高压二极管，包括绝缘子、阳极筒、阴极杆、阴极座、环形阴极和飘移管，其特征在于所述阳极筒与飘移管同轴线设置，其外部表面同轴设置有主引导磁场，所述阴极杆、阴极座、环形阴极依次同轴连接为一体，与阳极筒同轴线设置，所述阴极杆上同轴设置有补充磁场，所述环形阴极与阳极筒之间的轴向距离可以调节；
阴极杆、阴极座、设置在阴极座上的环形阴极与阳极筒在轴向上不重叠；
所述主引导磁场为螺线管电磁场、超导磁场或永磁体；所述补充磁场为螺线管电磁场或永磁体；所述阴极杆用软磁材料或非磁性材料；
所述主引导磁场和补充磁场可以采用任意组合方式。
2.根据权利要求1所述的一种可调节高阻抗小型化高压二极管，其特征在于所述所述环形阴极与阴极座同轴设置，且环形阴极相对于阴极座的轴线位置可以调节。
3.根据权利要求2所述的一种可调节高阻抗小型化高压二极管，其特征在于所述阴极座的端部与环形阴极之间设置有金属垫片。
4.根据权利要求3所述的一种可调节高阻抗小型化高压二极管，其特征在于所述金属垫片包括若干片，每片之间为非固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种可调节高阻抗小型化高压二极管，其特征在于所述补充磁场设置在阴极杆上不靠近阳极筒的一端。
6.根据权利要求5所述的一种可调节高阻抗小型化高压二极管，其特征在于所述补充磁场设置在阴极座上轴向上，与绝缘子之间设置有金属屏蔽环。
7.根据权利要求5所述的一种可调节高阻抗小型化高压二极管，其特征在于所述补充磁场与环形阴极不接触。
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