CN109830416A - 一种电子发射体及磁控管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子发射体及磁控管，电子发射体，其特征在于，包括发射柱、金属基底和碳纤维束；碳纤维束为多束，分散固定在金属基底上；发射柱为圆柱体形，金属基底贴附在发射柱的周向的外侧壁上。该电子发射体结构简单，易于实施，工作温度。

Description

一种电子发射体及磁控管

技术领域

本发明涉及一种电子发射体及磁控管。

背景技术

磁控管作为一种结构小巧的微波发生器，是电能与微波能的核心换能设备。磁控管由阴极、发射体、高频互作用腔、提取器等组成。发射体的主要作用是在外加电压的施加下发射出高能电子，高能电子与高频互作用腔发生谐振耦合作用后，实现电能到微波能的转换。

磁控管的发射体是整管的心脏，其性能直接决定了磁控管的工作特性、使用条件和使用时间。常见的磁控管发射体由钨、钽、钼、金属氧化物、碳化钍钨、钯钡合金等金属材料制成，通小电流加热到规定温度后就具备电子发射能力，被称为热阴极发射体。热阴极发射体在连续波磁控管中广泛使用。热阴极发射体的加热电流一般在10安培量级，工作电压一般在几千伏至几十千伏，工作电流一般也在10安培量级。当工作电压达到几十万伏量级、工作电流达到几千安培量级时，热阴极发射体基本无法使用，会引发瞬间烧蚀和爆断。

当工作电压达到几十万伏量级、工作电流达到几千安培量级时，科研人员提出采用天鹅绒材料代替金属材料，不再通电流对其加热，而是利于高电压和大电流产生的瞬时超高能量直接激发出电子。采用天鹅绒材料的磁控管发射体被成为冷阴极发射体。天鹅绒作为一种非金属材料，虽然具有电子发射阈值低、通流能力强的特点，但由于其材料和组成结构本身的限制，当反复受瞬时超高能量轰击后，很快会形成局部烧蚀和脱绒现象，电子发射能力迅速下降，一般在100个脉冲左右就要进行更换，寿命十分有限，对实际使用产生严重影响。

因此，有必要设计一种电子发射体及磁控管。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电子发射体及磁控管，该电子发射体及磁控管结构简单，易于实施。

发明的技术解决方案如下：

一种电子发射体，包括发射柱、金属基底和碳纤维束；

碳纤维束为多束，分散固定在金属基底上；

发射柱为圆柱体形，金属基底贴附在发射柱的周向的外侧壁上。

金属基底上设有多个圆孔；多个圆孔呈多行多列排布，每一个圆孔中插装有一束所述的碳纤维束。

圆孔的直径为0.6-0.8mm，相邻的圆孔的中心间距为1.2～1.4mm。

圆孔的直径为0.8mm，相邻的圆孔的中心间距为1.4mm。

碳纤维束为多丝碳纤维束。

多丝碳纤维束采用由单丝直径7um，电阻率1.6*10^-3Ω/cm³的6k碳纤维束制成。

发射柱的周向的外侧壁上设有限位槽。

限位槽的深度为1～1.5mm。

限位槽的宽度为磁控管工作波长的1/3。

一种磁控管，包括前述的电子发射体。

有益效果：

本发明是针对现有磁控管，特别是在工作电压几十万伏量级、工作电流几千安培量级情况下运行时，发射体易烧蚀、寿命短的问题，提出基于碳纤维材料的一种大通流、长寿命电子发射体，达到高功率磁控管的稳定、高效和长时间运行的目的。

本发明设涉及的磁控管包括常规磁控管(magnetron)和相对论磁控管(relativistic magnetron)，本发明的电子发射体尤其指一种能够在高电压、大通流情况下具有较长使用寿命的电子发射体。

具体原因如下：

1.碳纤维是一种由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌，再经碳化和石墨化处理后得到的微晶石墨材料。碳纤维材料的含碳量通常在95％以上，具有质量轻，强度高、耐腐蚀、耐高温等特点，正好解决了天鹅绒的容易烧蚀和脱绒，容易造成电子发射能力迅速下降的问题，提高了发射体的寿命；

2.本发明的金属基底结构，相比天鹅绒的织物基底，显而易见，具有更高的熔点和耐烧蚀度，同样也为发射体的寿命和稳定性提高提供了保障。

3.本发明的圆柱形的发射体，一方面可将碳纤维较好的固定在金属基底结构上，另一方面也可将金属基底结构很好的固定在发射柱上，整个制造过程相比天鹅绒发射体的制造，全程无粘胶、无水汽，不会对磁控管的内部真空度和电子运动产生影响，因此稳定性提高。

附图说明

图1为电子发射体及磁控管的金属基底示意图；

图2为多丝碳纤维束示意图；

图3为发射柱示意图；

图4为电子发射体立体图；

图5为电子发射体的端面结构示意图；

图6为图5中A-A剖面图；

图7为磁控管实际测试结果图。

标号说明：1-发射柱，2-金属基底，3-碳纤维束；4-圆孔，5-限位槽。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：如图1～6，本发明包括金属基底、多丝碳纤维束和发射柱。

多丝碳纤维束由单丝直径7um，电阻率1.6*10^-3Ω/cm³的6k碳纤维束组成，采用引线穿插的方式固定在金属基底上。

发射柱由金属材料制成，通常为圆柱体，外表面直径与磁控管内导体直径相同，发射柱上具有深度为1-1.5mm的限位槽，用于限位金属基底，限位槽宽度通常为磁控管工作波长的1/3。

当多丝碳纤维束固定在金属基底后，将金属基底卷绕在发射柱的限位槽内，两端接口处可采用焊接或用耐高温的金属丝穿接拧紧固定。

图1是本发明提出的金属基底。该结构由金属材料制成，厚度为0.1-0.2mm，宽度由发射柱上的限位槽决定。金属基底上均匀排布直径0.6-0.8mm、中心间距1.2-1.4mm的圆孔。

具体的，厚度为0.1mm，金属基底上均匀排布直径0.8mm、中心间距1.4mm的圆孔。圆孔主要用于固定多丝碳纤维束，固定形式采用引线穿插的方式。

图2是本发明提出的多丝碳纤维束。多丝碳纤维束采用由单丝直径7um，电阻率1.6*10^-3Ω/cm³的6k碳纤维束制成。6k碳纤维束可以是6根1k碳纤维束、3根2k碳纤维束或1根6k碳纤维束，组合形式不固定。

图3是本发明提出的发射柱。发射柱为金属圆柱体，发射柱上具有深度为1-1.5mm的限位槽，限位槽的宽度通常为磁控管工作波长的1/3。

工作波长视具体应用而定，不同的应用场合都不相同。如常见的S波段磁控管，工作频率2.85GHz，工作波长10.5cm，此时限位槽的宽度可设置为约3.5cm。

限位槽的宽度决定电子发射区域，电子与阳极谐振腔相互作用产生微波。谐振腔的长度一般为半波长，这样有利于电子与谐振腔相互作用，又保证紧凑性。因此，发射区域必须小于半波长，以防止电子泄露，而当太短时，作用的效率又较低，根据大量工程经验得到在1/3波长左右时，效果最好。

限位槽起固定金属基底的作用，否则金属基底就可以前后端之间滑动。

图4-6示出的是本发明提出的一种磁控管用大通流、长寿命电子发射体。由金属基底、多丝碳纤维束和发射柱组成。先将多丝碳纤维束以引线穿插的方式固定在金属基底上，再将金属基底卷绕在发射柱的限位槽内，最后采用焊接或用耐高温的金属丝穿接拧紧固定。

图7示出了应用本发明后的磁控管实际测试情况。在工作电压50万伏特，工作电流9.2千安培的情况下，采用猝发脉冲式运行150次时磁控管输出微波稳定。多次长时间使用本发明后，磁控管的工作状态不发生变化。

本发明并不局限于前述的具体实施方式，特别是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 (10)

1.一种电子发射体，其特征在于，包括发射柱(1)、金属基底(2)和碳纤维束(3)；

碳纤维束为多束，分散固定在金属基底上；

发射柱为圆柱体形，金属基底贴附在发射柱的周向的外侧壁上。

2.根据权利要求1所述的电子发射体，其特征在于，金属基底上设有多个圆孔(4)；多个圆孔呈多行多列排布，每一个圆孔中插装有一束所述的碳纤维束。

3.根据权利要求2所述的电子发射体，其特征在于，圆孔的直径为0.6-0.8mm，相邻的圆孔的中心间距为1.2～1.4mm。

4.根据权利要求2所述的电子发射体，其特征在于，圆孔的直径为0.8mm，相邻的圆孔的中心间距为1.4mm。

5.根据权利要求1所述的电子发射体，其特征在于，碳纤维束为多丝碳纤维束。

6.根据权利要求5所述的电子发射体，其特征在于，多丝碳纤维束采用由单丝直径7um，电阻率1.6*10^-3Ω/cm³的6k碳纤维束制成。

7.根据权利要求1～6任一项所述的电子发射体，其特征在于，发射柱的周向的外侧壁上设有限位槽。

8.根据权利要求7所述的电子发射体，其特征在于，限位槽的深度为1～1.5mm。

9.根据权利要求7所述的电子发射体，其特征在于，限位槽的宽度为磁控管工作波长的1/3。

10.一种磁控管，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的电子发射体。