CN109860009B - 一种新型纳米冷阴极阵列电子枪 - Google Patents
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Abstract
本发明属于真空电子技术领域，具体提供一种新型纳米冷阴极阵列电子枪，包括：底座、N个第一阳极单元、阴极板、第二阳极板、上绝缘套筒及下绝缘套筒，若干个第一阳极单元均匀分布在底座上，阴极板上开设有倒圆台形孔，每个倒圆台形孔的内斜表面上均铺设有纳米冷阴极发射面，第二阳极板上开设有圆形孔，所述倒圆台形孔、圆形孔与N个第一阳极单元呈一一对应关系。本发明阵列电子枪在阴极附近不需要加磁场，极大的简化了整个电子枪阵列的结构，且通过有效调节第一阳极和第二阳极电压，能够有效调节本发明阵列电子枪所形成的各个电子注横截面半径大小，甚至形成实心电子注，使得本发明电子能够广泛应用于多种电真空器件。
Description
技术领域
本发明属于真空电子技术领域，涉及微波、毫米波、太赫兹波辐射源技术，具体提供一种新型纳米冷阴极阵列电子枪。
背景技术
电真空辐射源作为雷达、电子对抗、空间通讯等军事电子系统不可或缺的核心器件，一直受到广泛重视。传统的电真空辐射源器件中的电子枪一般采用热阴极发射系统，经过几十年的发展，热发射阴极的工艺已经非常成熟，被广泛应用于各种电真空辐射源器件中，但是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者短路，导致器件损坏；另一方面，由于需要加热功率，增加了系统的复杂性，降低了系统的效率，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，给使用带来很大的不方便；同时，由于热阴极结构复杂也是电真空辐射源难以集成的主要原因之一。
冷阴极场致电子发射与热电子发射在性质上完全不同，场致电子发射依靠很强的外部电场来压抑物体表面的势垒，使势垒的高度降低并使势垒的宽度变窄。由此，物体内的大量电子就能穿透过表面势垒而逸出，没有发射时间的延迟。而且由于场致发射阴极无需高温加热，因此冷阴极的功耗低；所以场致发射冷阴极具有功耗低、尺寸小、响应速度快、可集成等许多优点，它是电真空辐射源器件的理想电子发射源。
发明内容
本发明目的在于克服上述热阴极缺陷，提供一种新型纳米冷阴极阵列电子枪，利用场致发射阴极的优点特性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种新型纳米冷阴极阵列电子枪，包括：底座、N个第一阳极单元、阴极板、第二阳极板、上绝缘套筒及下绝缘套筒，N≥1；其特征在于，
所述若干个第一阳极单元均匀分布在底座上，每个第一阳极单元为金属圆台结构、下底面固定在底座上；
所述阴极板为金属结构，阴极板上开设有N个倒圆台形孔，每个倒圆台形孔的内斜表面上均铺设有纳米冷阴极发射面；
所述第二阳极板为金属结构，第二阳极板上开设有N个圆形孔，每个圆形孔周围有环形凸起；
所述N个倒圆台形孔、N个圆形孔与N个第一阳极单元呈一一对应关系，使得每个第一阳极单元与之对应的倒圆台形孔、圆形孔的中轴线重合；
所述底座和阴极板通过下绝缘套筒密封连接固定，所述阴极板和第二阳极板通过上绝缘套筒密封连接固定。
所述第二阳极板上端可以和一个或多个高频系统密封连接形成超高真空环境；上述纳米冷阴极电子枪，根据应用需求能够产生N个横截面为环形空心或实心的电子注。
本发明的有益效果在于：
本发明提供一种新型纳米冷阴极阵列电子枪，在第二阳极板和底座上接入高电位，阴极板接地，在电场的作用下，电子由各个阴极发射区域发射出，在磁场的作用下，电子沿着第二阳极各个圆孔内部电子注通道向前运动输出。区别于传统磁控电子枪，本发明阵列电子枪可形成阵列式电子注，且在阴极附近不需要加磁场，极大的简化了整个电子枪阵列的结构，使得加工设计更加便利。且区别于实心线性注电子枪，通过有效调节第一阳极和第二阳极电压，能够有效调节本发明阵列电子枪所形成的各个电子注横截面半径大小，甚至形成横截面为实心电子注，使得本发明电子能够广泛应用于多种电真空器件。环形电子注能够很好的应用在慢波高频结构中，有效的提高器件的效率，实心电子注能够良好的应用于高频电真空器件中，极大的提高器件的效率。
附图说明
图1为本发明新型纳米冷阴极阵列电子枪的结构示意图；
图2为本发明新型纳米冷阴极阵列电子枪中底座板和第一阳极单元结构示意图；
图3为本发明新型纳米冷阴极阵列电子枪中阴极板结构示意图；
图4为本发明新型纳米冷阴极阵列电子枪中第二阳极板结构示意图；
其中：1为底座，1-1为第一阳极，2为下绝缘套筒，3为阴极板，3-1为纳米冷阴极发射面，4为上绝缘套筒，5为第二阳极板，5-1为电子注通道，5-2为环形凸起。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
本实施例提供一种新型纳米冷阴极阵列电子枪，其结构如图1～图4所示；包括：底座、9个第一阳极单元、阴极板、第二阳极板、上绝缘套筒及下绝缘套筒；所述若干个第一阳极单元均匀分布在底座上，每个第一阳极单元为金属圆台结构、下底面固定在底座上；所述阴极板为金属结构，阴极板上开设有9个倒圆台形孔，每个倒圆台形孔的内斜表面上均铺设有纳米冷阴极发射面；所述第二阳极板为金属结构，第二阳极板上开设有9个圆形孔，每个圆形孔周围有环形凸起；所述9个倒圆台形孔、9个圆形孔与9个第一阳极单元呈一一对应关系，使得每个第一阳极单元与之对应的倒圆台形孔、圆形孔的中轴线重合；所述底座和阴极板通过下绝缘套筒密封连接固定，所述阴极板和第二阳极板通过上绝缘套筒密封连接固定。
本实施例中，具体尺寸参数设定如下：本实施案例中阵列为3×3方阵；第一阳极为圆台型结构，上直径为0.4mm，下直径1.55mm，高3.83mm，第一阳极单元均匀阵列式分布在底座上，相邻第一阳极单元之间间距10.0mm。底座为不锈钢金属制成方形结构，底座的宽度为39.6mm，长度为39.6mm，高度为1mm,底座四周侧边倒圆角，圆角半径3mm。阴极板尺寸为39.6mm×39.6mm×2mm，阴极结构中圆台型孔上直径6.2mm，下直径5.0mm，所开圆台型孔均匀阵列分布，相邻孔之间间距10.0mm，圆台孔斜侧表面上铺设有纳米冷阴极材料，本实施案例中选用碳纳米管。第二阳极板尺寸为39.6mm×39.6mm×2.7mm，第二阳极板上圆孔直径4.6mm，相邻圆孔之间间距10.0mm，第二阳极板上表面圆形孔周围有突起，结构为中空圆柱形，内直径为4.6mm，外直径5.2mm，凸起高度1mm，第二阳极板下表面圆孔周围有中空圆台型凸起，圆台结构上直径7.2mm，下直径5.6mm，高度0.6mm。上套筒高度为3mm，下套筒高度1.83mm，上下套筒长度为39.6mm，宽度为39.6mm，厚度为1mm，上下套筒由99#陶瓷制成。第二阳极接地，第一阳极接入电压-5.0KV，阴极接入电压-5.1KV，加入随电子枪高度变化的磁场，得到性能良好的实心电子注阵列，由第二阳极板上圆孔电子注通道输出。第二阳极接地，当第一阳极电压-3.0KV，阴极电压-4.0KV时，得到性能良好的空心电子注。本设计中，通过调节第一阳极和第二阳极电压，能够有效调节电子注半径大小，能够得到性能良好的电子注阵列，甚至实心电子注阵列。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或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，均可以任何方式组合。
Claims (1)
1.一种新型纳米冷阴极阵列电子枪，包括：底座、N个第一阳极单元、阴极板、第二阳极板、上绝缘套筒及下绝缘套筒，N≥1；其特征在于，
所述N个第一阳极单元均匀分布在底座上，每个第一阳极单元为金属圆台结构、下底面固定在底座上；
所述阴极板为金属结构，阴极板上开设有N个倒圆台形孔，每个倒圆台形孔的内斜表面上均铺设有纳米冷阴极发射面；
所述第二阳极板为金属结构，第二阳极板上开设有N个圆形孔，每个圆形孔周围有环形凸起；
所述N个倒圆台形孔、N个圆形孔与N个第一阳极单元呈一一对应关系，使得每个第一阳极单元与之对应的倒圆台形孔、圆形孔的中轴线重合；
所述底座和阴极板通过下绝缘套筒密封连接固定，所述阴极板和第二阳极板通过上绝缘套筒密封连接固定。
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