CN1104414A - 电子束管 - Google Patents
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Abstract
一种线性电子束管，例如一种IOT，包括一从内
体段(12)和外体段(13)形成的内部空腔(6)，这些体
段由一般是圆筒形的电绝缘体(14)连接在一起。内
部空腔(6)围绕着电子枪(1)，且可制作经内体段(20
和21)的部分到阴极(2)和栅极(3)的电气连接，这种
结构使装置的高压部分可以和低压的外体段绝缘，同
时为空腔(6)里的r.f.能量提供低泄漏通路。
Description
本发明涉及电子束管，更具体地说，涉及在这些管中加有高频能量的输入共振腔。
本发明特别适用于感性输出的四极器件（此后称为“IOT”），例如商标名为Klystrode（Varian Associates Inc的注册商标）的速调管。
IOT器件包括一个产生线性电子束的电子枪和一个输入共振腔，在共振腔中加有待放大的r.f.（射频）信号，以在电子枪的栅极产生电子束调制。在r.f.能量和电子束之间的合成的相互作用引起此后由输出共振腔抽取的高频信号的放大。
在管子工作期间，电子枪的电极必须在几千伏的相当高的电压下工作，特别是当输入空腔可能是IOT的管外部分的情况下这可能会产生问题，因此必须在器件的正常使用期间加以处理，本发明起于试图提供一种改进的IOT输入空腔装置，但也可以应用于具有输入共振腔的其他类型的线性电子束器件。
根据本发明的第一设计方案，提供了一种线性电子束管，它包括：
一输入空腔，它实际上是围绕纵向轴的圆筒空腔，将它安装以在使用时接收待放大的高频信号;
一电子枪，安装以在基本上是纵向方向上产生电子束;以及
一输出空腔，放大的高频信号从该输出空腔抽取出来;其中
输入空腔基本上围绕着电子枪，并包括：电连接到电子枪部分的内体段，以及与内体段电绝缘的外体段，和外体段相比，内体段维持在较高电压，而且其中的内体和外体段各都包括一基本上是在轴向方向上共同延伸的轴向延伸法兰，且在法兰间装有电绝缘材料。
“高压”在这里指数量级为几千伏的电压。
使用本发明，可使在相当高电压工作的线性电子束管的各个部分这样置位，使它们在管的正常工作期间不容易接近。此外，内外体段的法兰安装，可使这两体段分开，以在它们之间取得所需电绝缘。同时可使来自输入空腔的r.f.漏电小，从而给出高效率的工作。再者各法兰以基本上相同的方向延伸，所以它们基本上彼此互相平行。这样做特别有利，因其可以降低电气应力，因而即使在高电压时，也可以降低在内外体段之间出现的电压击穿。还有，内外体段的这种安置，法兰的轴向延伸制造和组装起来都比较容易，因而也较便宜。
法兰最好基本上是圆筒形的，而对称的结构在线性电子束管中是通常想要的，因其可以给出良好的电气特性，并导致机械性能坚固的装置。
最好每一内外体段各都包括两个在轴向方向上从输入空腔向外延伸的法兰，因而有两对共同延伸的法兰。这样的装置可使内外体段之间的区域中的r.f.损耗减到最小。虽然内部空腔可以另一形式只包括一对法兰，但这会使空腔其他部分之间出现r.f.漏电通路。
内体段最好包括电气上彼此分隔开的两节，这样做使制造和组装容易，并且有利于使不同的电压可以经该内体段施加到电子枪的不同部分。在本发明的一个最佳实施例中，内体段被电连接到电子枪的阴极和栅极。在内体段包括两节的情况下，一节可以实际上和电气上连接到阴极，另一节连接到栅极。
电绝缘材料通常呈圆筒状是有利的。这样做可使绝缘以对称方式围绕管子的纵轴分布，并可提供机械支承和坚固性。在装置包括两对法兰的情况下，电绝缘材料可以两个分开的环出现，例如，一个环内插在一对法兰之间，另一个环内插在另一对法兰之间。另一种做法，电绝缘材料最好是一块在两对法兰之间延伸的整体。
将内体和外体段以电绝缘材料实际连接起来是有利的，例如这可模压成特殊的形状。
最好令外体段处于地电势。
根据本发明的第二设计方案，提供了一种线性电子束管，它包括：
一输入空腔，它基本上是围绕纵向轴的圆筒空腔，安装以在使用时接收待放大的高频信号;
一电子枪，安装在基本上是纵向方向上产生电子束;以及
一输出空腔，放大的高频信号从该输出空腔抽取出来;其中
输入空腔基本上围绕着电子枪，并包括：电连接到电子枪部分的内体段，以及与内体段电绝缘的外体段，和外体段相比，内体段维持在较高电压，以及
其中内体和外体段具有的各相关部分共同延伸，以对内部空腔里的高频能量产生扼流阻抗，且其中终止在一部分其他体段延伸的区域中的一或多个部分的边缘是弯曲的。
使用本发明这个设计方案，可使增加的电压闭锁（voltage hold-off）在共同延伸的部分获得。该部分或各部分的弯曲边缘与没有这种弯曲的装置相比，在电场线集中在部分的端部时电应力可以减少。因此，采用本发明，可在共同延伸部分之间的选择空间有较大的设计灵活性。这样做可以导致更为有效的扼流阻抗，也可导致更为紧凑的装置。
可能只有其中的一个部分具有弯曲的边缘，但一般最好两部分或所有部分都具有终止在高电场区域中的弯曲边缘。
在本发明的一个最佳实施例中，包括其边缘的各个部分都基本上是平面的，边缘则在平面外弯曲，该各部分可以是平板，或者可以是平面和曲面，即圆筒。在后一种情况下，边缘就是圆筒的端部，且可以向内或向外弯曲，视具体装置而定。在另一可供选择的实施例中，弯曲的边缘是圆截面的突心凸缘，与沿部件的端部的卷边相似。举例说，它可以是一个厚度在圆形平板的内周边加厚的区域。
边缘最好是弯曲的，使得其端部基本上毗连于远离边缘的该部分的区域。边缘可以充分弯曲，以使其端部实际上和该部分的表面接触，或者和它隔开少许。在一最佳实施例中，边缘基本是以曲率的恒定半径弯曲的。然而，边缘可以折叠以提供更为椭圆形的横截面。
在本发明的另一实施例中，所说各相关部分在基本上横切纵轴的平面上延伸。在其中一个具体实施例中，其中一个体段包括基本上是在横切方向上延伸的两个部分，另一个体段包括位于体段之间的一个部分。在这种装置中，两个最外的部分具有在远离所说一个部分的方向上弯曲的边缘，因而是有利的。所说一个部分可以安置在较其他部分更加靠近两个部分之一的位置上。在这种情况下，最好具有一个远离部分弯曲的边缘，该部分较接近边缘。在本发明特别有益的实施例中，各部分是圆形板，给出一种圆筒形对称的装置。
在本发明的另一实施例中，各部分是轴向延伸的法兰，基本上在轴向方向上共同延伸。最好法兰基本上是圆筒形。
在许多装置中，在所说共同延伸的部分之间包括电绝缘材料是有益的。这样做可以获得良好的电压闭锁（vollaye hold-off），也可以改进装置的机械稳定性。将至少一个所说部分至少部分埋进电绝缘材料中是有利的。在一些装置里，为了获得最佳击穿特性，最好将材料中的部分整个封闭起来。
最好内体和外体段能包括两对共同延伸的相关部分。这种装置可将内体和外体段之间的区域里的r.f.损耗减至最小。
最好内体段包括彼此相互电绝缘的两个部分。在本发明的一个最佳实施例里，内体段被电连接到电子枪的阴极和栅极。在内体段包括两节的情况下，其中一节可实际地电连接到阴极，另一节则连接到栅极。
在共同延伸的部分之间置位的电绝缘材料通常呈圆筒状是有利的。
根据本发明的第三设计方案，提供了一种线性电子束管，它包括：
一输入空腔，它实际上是围绕纵向轴的圆筒空腔，将它安装以在使用时接收待放大的高频信号;
一电子枪，安装以在基本上是纵向方向上产生电子束;以及
一输出空腔，放大的高频信号从该输出空腔抽取出来;其中
输入空腔基本上围绕着电子枪，并包括：电连接到电子枪部分的内体段以及与内体段电绝缘的外体段，和外体段相比，内体段维持在较高电压，而且
其中内体和外体段具有基本上共同延伸的各相关部分，在所说相关部分之间置有可变形弹性电绝缘材料。
根据本发明的电子束管，在管子使用、装运、处理、例如维修需要期间，可以承受机械震动和应力。在常规管子中，震动可能引起器件的部分之间出现的裂纹或其他缺陷。当裂纹形成产生电击穿的通路时，在各部分处在很不相同的电势的情况下，这可能会导致严重的问题。使用本发明，电绝缘材料本身的整体性，还有其和管子其他部分的界面，由于材料在机械震动下易于变形之后又回到其原来状态，可以维持不变。因此，尽管输入区域中管子的刚性有所损失，在有害条件下电的闭锁特性的重大改进是有很大好处的。绝缘材料的弹性性质降低了在材料和相邻刚性物件之间形成空隙的趋势。因此，在整个电绝缘上基本上是均匀的介电常数可以保持下来，这一点对避免通过绝缘材料产生电击穿是很重要的。
在本发明的一个最佳实施例中，电绝缘材料是硅酮橡胶。这是一种容易得到的材料，它合乎所需形状而不会包含气泡或之类的东西，而且也可以承受通过它的较大电气应力。
虽然硅酮橡胶可以用其他制造技术得到所需构形，但最好采用模压技术。
所说部分中至少一个部分部分埋在电绝缘材料里是有利的。为了得到最佳击穿特性，在一些装置里最好把各部分全部封装在该材料里。
在本发明的一个实施例中，所说各相关部分是在基本上横切纵向轴的平面上延伸的构件，内体和外体段中的一个体段最好包括两个基本上是横切方向延伸的构件，另一个体段包括一个基本上是横切方向上延伸的构件并插置在其他体段的两个构件之间。这样一种装置特别有利于防止r.f.能量从输入空腔泄漏出去。
在本发明的其他有利的实施例中，所说部分是在一轴向方向上基本上共同延伸的轴向延伸的法兰。这些法兰基本上在相同的方向延伸，因而基本上彼此相互平行，故电气应力减到最小。
内体和外体段以及轴向延伸的法兰的这种装置，制造和组装起来比较容易，因而是廉价的。
最好各法兰基本上是圆筒形的。
内体和外体段最好都包括两对共同延伸的相关部分。
现通过实例参考附图说明可以实现本发明的一些方法，附图中：
图1是根据本发明的IOT的截面视图，为清楚起见，省略了一些部分;以及
图2-7图示说明根据本发明的各个不同的IOT。
参看图1，图中IOT包括一电子枪1，电子枪1包括阴极2和栅极3，安装以沿装置纵轴X-X产生电子束。IOT包括漂移管4和5，电子束在由集流器（未示出）收集前，经由这些漂流移管通过。在电子枪1周围附近同轴地安置圆筒形输入共振腔6，它包括输入耦合器7，此处加有待放大的r.f.信号，输出空腔8环绕着漂移管4和5并包括耦合回路9，经此回路将放大的r.f.抽取出来并将之耦合进入副输出空腔10和输出耦合器11。
这种器件在工作期间，阴极2和3栅极维持在30KV数量级的电势，栅极3维持在一直流偏压，较阴极的直流偏压小约100伏。加在7处的输入高频信号导致在阴极2和栅极3间产生的数百伏的r.f.电压。
输出空腔6由内体段12和外体段13限定，其间有一基本上是圆柱形的模压绝缘构件14，这个插入的电介质材料14将内体段12和外体段13电绝缘起来。外体段13维持在基本上是地的电势，因此容易安全处理器件，同时内体段12维持在较高的电压。
两环形板15和16安装得相互平行并横切纵轴X-X，与一规定空腔6的外部延伸的圆筒形外壁17组成外体部分。外体段13的内部部分包括两个圆筒形法兰18和19，从空腔容积向外延伸并安置成围绕轴X-X的圆筒形。
内体段12包括两节。第一节20以机械和电气方式连接到阴极2，而第二节21以机械和电气方式连接到栅极3。在所示的实施例中，在节20和21之间放置陶瓷柱体22，给予组件附加的机械支承。
内体段12也包括圆筒形法兰23和24，它们离内部空腔6向外延伸，并安置成同轴地围绕X-X轴，且在外体段13的法兰18和19里面。两对法兰18和23、19和24安置得基本上彼此相互平行地延伸，并在轴向方向上基本上共同延伸。外法兰18和19位于电介质构件14的外表面的浅沟道中。连接到阴极2的内法兰部分地埋进构件14里，另一内法兰24基本上埋进构件14里。
构件14的内表面包括在阴极2和栅极3周围的圆环形槽25，以改进电压闭锁能力，然而在其他实施例中，这个表面可以是平坦的。
电源引线26经法兰19中的小孔通过电介质材料给栅极3提供适当的偏电压，同时维持住外体段13的电绝缘，这种连接经由引线26到达节21。
另一种IOT示于图2，并与图1的装置相似。但在本器件中，内部空腔27包括一个形成外体段一部分的轴向延伸体段28。
参看图3，其中的IOT与图2所示的相似，相同的部分也用相同的标号，但在内体和外体段之间包括一不同的界面。
内体段包括两个节。第一节20以机械和电气方式连接到阴极2，而第二节21以机械和电气方式连接到栅极3。在所示的实施例中，有一陶瓷圆柱22安置在节20和21之间。
内体段12也包括圆筒形法兰23和24，它们离内空腔6向外延伸，并安置在外体段13的法兰18和19里同轴地围绕轴X-X。两对法兰18和23、19和24安置成彼此基本上相互平行地延伸，并在轴向方向上基本上共同延伸。它们限定了r.f.扼流阻抗，并基本上整个埋进绝缘材料14，本实施例中这绝缘材料为硅酮橡胶。
两法兰18和23具有边缘29和30，它们彼此相互弯离，使得法兰的每一端部由该法兰的轴向延伸部分与其他体段隔离。固定到由板15和20规定的外体和内体段的法兰18和23的部分安置得以平滑曲线连接，以便降低两个体段之间的电应力。
另一对共同延伸的圆筒形法兰19和24以相似方式弯曲，在这情况下它们连接板16到21。内法兰24约以外法兰19长度的一半在轴向方向上延伸，因此，内法兰24终止在一个与外法兰19共同延伸的区域上，至于外法兰19则终止在远离内法兰的位置。内法兰24具有一弯离外法兰19的弯曲边缘31。
在这种共同延伸的部分的装置里，外法兰19的端部28并不在法兰19的平面外弯曲。
图4所示的另一IOT在许多方面都和图3的装置相似。内部空腔包括的部分在基本上横切于纵轴方向上延伸，且将这些部分插置，以在内体段32和外体段33之间提供所需直流绝缘和提供r.f.抑制。内体段32包括两个圆板34和35。其中一个板34电连接到阴极并插置在圆环板36和形成外体段33一部分的圆环板36之间。圆环板35连接到栅电极并被插置在圆环板38和39之间，圆环板38和39限定环形沟道，板35即延伸入此沟道。在插置的横向部分之间由硅酮橡胶制成的弹性可变形的电绝缘材料40占据。
圆环板34和35的外边缘终止于环形沟道和外体段33的横向板的区域里。板34和35的边缘在板的平面外弯曲，以便提供平滑的表面，边缘的端部与板34和35的表面相接触。
外体段的圆环板36、37和38、39从内体段插置部分向外弯曲，但并不触及板的表面。
图5说明根据本发明的另一个IOT的部件，它是一纵截面，只有IOT的一些元件展示出来。各元件围绕轴X-X圆柱对称安置。
IOT的内部空腔41包括一个由板42和43连同外圆筒壁（未示出）所限定的外体段。金属圆筒体44在其周围由多个螺钉安装在其中一个板42上，图中只示出一个螺钉。两个圆环板45和46固定在圆筒体44的各端上，且从各端在径向方向上向内延伸。IOT包括一栅电极47，它安装在围绕着它的圆环板48上，并从板45和形成内部空腔41的外体段的一部分的板46之间延伸。板45、46和48一起限定r.f.扼流阻抗，以防止来自空腔41的r.f.能量的损耗。板45和46具有内边缘，这些边缘从位于它们之间的板48向外弯曲。插置板48位于在轴向方向上离开下板46距离a的平面上，且离开上板46一较大距离b。但其端部的曲率应使离上板46的插置板48的最近点在轴向方向上也为a。板45、46和48之间的区域包括电绝缘材料，以改进板间的电压闭锁，因而使较大的电势差可以加到内体和外体段之间。
限定外体段的板43也以电的方式连接到圆环板49和50和安装板49和50的一般为圆筒形的外构件上。内体段的中央板52连接到IOT电子枪的阴极（未示出）。内体段52相对于板49和50的间隔也以板45、46和48的相似方式安置。
在这种装置中，内部空腔41的内体段主要由板48和52限定，而这些板本身也是内体段的部分，这些部分和外体段相对应的部分共同延伸。
图6说明的装置与图5所示的相似。但在本装置中，形成内体段一部分的板53和54在外体段的相邻板55、56、57和58之间等距离分开。外体段各板的内边缘和内体段各板的外边缘由基本上是圆截面的凸缘限定，以便给出本发明的所需弯曲边缘。
图7所示的另一种IOT和图4的装置相似，它具有包括各部分的内部空腔，这些部分在基本上是横切于纵轴的方向上延伸，并被插置，以在内体段和外体段之间提供所需的直流绝缘，同时又可在这些体段间提供低的r.f.泄漏。但在本发明中，各横向板并无弯曲端部，在各插置的横向部分之间的区域由又是硅酮橡胶的弹性可变形电绝缘材料所占据。
Claims (34)
1、一种线性电子束管，包括：
一输入空腔，它基本上是围绕纵向轴的圆筒空腔，安装以在使用时接收得放大的高频信号；
一电子枪，安装以在基本上是纵向方向上产生电子束；以及
一输出空腔，放大的高频信号从该输出空腔抽取出来；其中
输入空腔基本上围绕着电子枪，并包括：电连接到电子枪部分的内体段以及与内体段电绝缘的外体段，和外体段相比，内体段维持在较高电压，以及
其中内体和外体段各包括在轴向方向上基本上共同延伸的轴向延伸法兰，且电绝缘材料位于法兰之间。
2、根据权利要求1的线性电子束管，其中法兰基本上是圆筒形的。
3、根据权利要求1或2的线性电子束管，内体和外体段各包括在轴向方向上从内部空腔向外延伸的两个法兰。
4、根据权利要求3的线性电子束管，其中绝缘材料以单个构件的方式在两对法兰间延伸。
5、根据权利要求1、2、3或4的线性电子束管，其中内体段包括彼此相互电隔离的两节。
6、根据任一前述权利要求的线性电子束管，其中内体段电连接到电子枪的阴极和栅极。
7、根据任一前述权利要求的线性电子束管，其中电绝缘材料通常取圆筒状。
8、根据任一前述权利要求的装置，其中内体和外体段实际由电绝缘材料连接起来。
9、根据任一前述权利要求的线性电子束管，其中外体段处在地电势。
10、根据任一前述权利要求的线性电子束管，其中在内部空腔外面和通过绝缘材料的内体段之间设有电气连接。
11、根据任一前述权利要求的装置，其中法兰中至少有一个法兰埋在电绝缘材料中。
12、根据任一前述权利要求的装置，其中电绝缘材料的表面包括至少一个圆周沟槽。
13、一种线性电子束管，包括：
一输入空腔，它基本上是围绕纵向轴的圆筒空腔，安装以在使用时接收待放大的高频信号;
一电子枪，安装以在基本上是纵向方向上产生电子束;以及
一输出空腔，放大的高频信号从该输出空腔抽取出来;其中
输入空腔基本上围绕着电子枪，并包括：电连接到电子枪部分的内体段以及与内体段电绝缘的外体段，和外体段相比，内体段维持在较高电压，以及
其中内体和外体段具有共同延伸的各相关部分，以对内部空腔里的高频能量提供扼流阻抗，且终止于一个有一部分的其他体段延伸的区域上的一或多部分的边缘是弯曲的。
14、根据权利要求13的线性电子束管，其中各部分基本上是平面的，而边缘在平面外弯曲。
15、根据权利要求14的线性电子束管，其中边缘弯曲的程度应使其端部基本上与远离边缘的部分的区域相毗连。
16、根据权利要求14或15的线性电子束管，其中边缘具有曲率基本上是恒定的半径。
17、根据权利要求13至16中任一权利要求的线性电子束管，其中所说各相关部分在基本上横切于纵向轴的平面上延伸。
18、根据权利要求17的线性电子束管，其中体段中的一个包括在基本上横切的方向上延伸的两个部分，而体段的另一个包括一个在基本上横切方向上延伸并插置在其他体段的两个部分之间的部分。
19、根据权利要求18的线性电子束管，其中所说两个部分具有在离所说一个部分的方向上弯曲的边缘。
20、根据权利要求19的线性电子束管，其中所说的一个部分较其他部分接近所说两个部分中的一个部分，且具有一个远离较近部分弯曲的边缘。
21、根据权利要求17、18、19或20的线性电子束管，其中各部分是圆环板。
22、根据权利要求13、14、15或16的线性电子束管，其中所说各部分是基本上在轴向方向上共同延伸的轴向延伸法兰。
23、根据权利要求22的线性电子束管，其中各法兰基本上是圆筒形的。
24、根据权利要求13至23中任一权利要求的线性电子束管，其中内体和外体段包括两对共同延伸的相关部分。
25、根据权利要求13至24的任一权利要求的线性电子束管，还包括位于所说共同延伸部分之间的电绝缘材料。
26、一种线性电子束管，包括：
一输入空腔，它基本上是围绕纵向轴的圆筒空腔，安装以在使用时接收待放大的高频信号;
一电子枪，安装以在基本上是纵向方向上产生电子束;以及
一输出空腔，放大的高频信号从该输出空腔抽取出来;其中
输入空腔基本上围绕着电子枪，并包括：电连接到电子枪部分的内体段以及与内段电绝缘的外体段，和外体段相比，内体段维持在较高电压，以及
其中内体和外体段具有共同延伸的各相关部分，这些部分基本上是共同延伸的，而且弹性可变形电绝缘材料位于所说部分之间。
27、根据权利要求25或26的线性电子束管，其中弹性可变形电绝缘材料是硅酮橡胶。
28、根据权利要求27的线性电子束管，其中电绝缘材料模压成所需构形。
29、根据权利要求25、26、27或28的线性电子束管，所说部分中至少部分埋在电绝缘材料里。
30、根据权利要求13至29中任一权利要求的线性电子束管，其中电绝缘材料基本上呈圆筒状。
31、根据权利要求13至30中任一权利要求的线性电子束管，其中内体和外体段实际上由电绝缘材料连接在一起。
32、根据权利要求13至31中任一权利要求的线性电子束管，其中内体段包括彼此相互电绝缘的两节。
33、根据权利要求13至32中任权利要求的线性电子束管，其中内体段被连接到电子枪的阴极和栅极。
34、根据任一前述权利要求的线性电子束管，其中外体段处于地电势。
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