CN111489945A - 回旋管电子枪结构及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回旋管电子枪结构，包括引线组件结构(1)、枪壳组件结构(2)、阴极热丝组件结构(3)和阳极(4)；其中，阳极(4)置于枪壳组件结构(2)内部，阴极热丝组件结构(3)的一端延伸至枪壳组件结构(2)内部与阳极(4)组装，另一端通过引线组件结构(1)与枪壳组件结构(2)连接。本发明还提供了一种回旋管电子枪的装配方法，该方法具有工艺重复性和一致性好的特点，装配的电子枪的结构尺寸精度高、同心度高、电子枪阴极组件灯丝可靠性高、电子枪结构漏气率低。

Description

回旋管电子枪结构及装配方法

技术领域

本发明涉及回旋管的制造技术领域，具体地，涉及一种回旋管电子枪结构及装配方法。

背景技术

太赫兹科学与技术是一门跨学科的新型交叉科学，衔接了宏观的经典电磁波理论与微观量子理论。太赫兹波具有独特的瞬态性、高穿透性、宽带性、相干性和低能性等特性，在超高速空间通讯、超高分辨率武器制导、医学成像、安全检查、物质与太赫兹光谱特征分析、材料检测等领域具有广泛的应用前景。

自2000年以来,太赫兹真空电子学有了很快的发展并取得了重要的成果,可以工作在太赫兹频段的真空电子学的大功率太赫兹源主要有回旋管、SmithPurcell效应器件、返波管等。这些器件中，回旋管是快波器件，高频结构的尺寸与其它器件相比有很大优势，在220GHz以上乃至THz频段，可以实现瓦级到千瓦量级，甚至更高功率的信号输出。

由于大气或波导中，太赫兹波信号的衰减较大，研制更大功率的太赫兹信号源成为推动太赫兹技术发展的关键。在所有太赫兹信号源中，回旋管和自由电子激光可以产生百瓦甚至千瓦级别的输出功率，但是自由电子激光不管在体积、重量以及输出功率等方面均没有回旋管有优势，所以太赫兹回旋管有很大的研究和应用价值。回旋管结构主要分为四个部分：电子枪、高频互作用结构RF谐振腔、输出窗和磁场及补偿磁场。回旋管采用小回旋电子注与谐振腔中的波进行换能，因此需要一个产生环形电子注的电子枪，且电子注的横向速度与纵向速度满足一定条件，才能产生有效的振荡。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于800GHz回旋管的回旋管电子枪结构。

本发明的另一个目的是提供一种回旋管电子枪结构的装配方法，本方法具有工艺重复性和一致性好的特点，装配的电子枪的结构尺寸精度高、同心度高、电子枪阴极组件灯丝可靠性高、电子枪结构漏气率低。

为了实现上述目的，本发明提供了一种回旋管电子枪结构，包括引线组件结构、枪壳组件结构、阴极热丝组件结构和阳极；其中，

阳极置于枪壳组件结构内部，阴极热丝组件结构的一端延伸至枪壳组件结构内部与阳极组装，另一端通过引线组件结构与枪壳组件结构连接。

优选地，引线组件结构设置在枪壳组件结构的端部并通过阴极引线座与枪壳组件结构连接，用于电极间引线的转接并真空气密；其中，

引线组件结构包括灯丝焊接帽、灯丝引线座、阴极引线座、绝缘陶瓷环和焊接补偿钼环，灯丝焊接帽位于灯丝引线座的中心孔，阴极引线座与灯丝引线座之间设置绝缘陶瓷环，焊接补偿钼环分别置于灯丝引线座和阴极引线座的端面部位。

优选地，引线组件结构采用银基焊料钎焊装配，灯丝焊接帽、灯丝引线座、阴极引线座采用可伐合金加工而成，绝缘陶瓷环采用95氧化铝陶瓷或99氧化铝陶瓷，焊接补偿钼环采用真空熔炉钼加工而成。

优选地，枪壳组件结构用于支撑阴极热丝组件结构和阳极，两端分别连接引线组件结构和回旋管的高频互作用结构；其中，

枪壳组件结构包括阴极转接环、阳极引线环、慢波转接环、焊接补偿钼环、第一枪壳绝缘陶瓷环和第二枪壳绝缘陶瓷环，阴极转接环与阳极引线环分别放置于第一枪壳绝缘陶瓷环的端面，第二枪壳绝缘陶瓷环放置于阳极引线环和慢波转接环之间，焊接补偿钼环分别放置于阴极转接环和慢波转接环的端面部位。

优选地，枪壳组件结构采用银基焊料钎焊完成，阴极转接环、阳极引线环、慢波转接环采用可伐合金加工而成，枪壳绝缘陶瓷环1和枪壳绝缘陶瓷环2采用95氧化铝陶瓷或99氧化铝陶瓷，焊接补偿钼环采用真空熔炉钼加工而成。

优选地，阴极热丝组件结构作为电子发射源，包括灯丝转接座、阴极、热屏蔽筒和热丝；其中，灯丝转接座上设置一根陶瓷杆，陶瓷杆中心部位焊接导电的金属筒，金属筒用于焊接镍丝和灯丝引线；阴极采用通用的钡钨阴极发射材料，外形结构为锥面的空心结构基体，基体焊接在锥面的钼基座上，钼基座的锥面与阴极基体的锥面应处于同一锥度内，以保证电子发射轨迹得到控制；热屏蔽筒位于阴极与灯丝转接座之间，用于连接阴极与灯丝转接座，采用钽或者铌材料加工；热丝位于阴极与钼基座的内部，热丝为螺旋状结构，采用钨丝绕制而成。

优选地，阳极位于枪壳组件结构内部，与阳极引线环连接，阳极为圆筒状，采用真空熔炉钼加工而成。

本发明还提供了一种回旋管电子枪的装配方法，包括：

步骤1、组装阴极热丝组件结构，将灯丝转接座放置于工装底座上的中心台阶上，然后依次放置热屏蔽筒、热丝、阴极，进一步放置工装定位块，使得定位块控制阴极与灯丝转接座的同心度达到Ф0.02mm的要求；然后采用激光焊接方式将灯丝转接座与热屏蔽筒沿着焊接位置S01一周焊接起来；进一步，采用电阻点焊的方法将热丝引线端焊接到灯丝转接座上所设置的陶瓷杆中心部位焊接的导电的金属筒上焊接位置S02；使用万用表测量阴极热丝之间的电阻，确定电阻满足设计要求；

步骤2、将电子枪装配模具放置于操作台面上，进一步将阳极放置于电子枪装配模具中心带有台阶的轴上，然后将枪壳组件结构放置于电子枪装配模具上，具体放置位置为枪壳组件结构所包含的慢波转接环位于电子枪装配模具底部的定位台阶上，枪壳组件结构所包含的阳极引线环套装与阳极上，确定放置到位后，采用氩弧焊接的方式焊接阳极与阳极引线环的焊接位置S03；进一步的将组装好的阴极热丝组件结构沿枪壳组件结构的顶部放置于电子枪装配模具中心孔内，确保放置到位，保证阴极顶端到阳极端面的高度H精确，然后采用激光焊接的方式或者氩弧焊接的方式将阴极热丝组件结构与枪壳组件结构所处的焊接位置S04焊接牢固；

步骤3、将引线组件结构与枪壳组件结构进行组装，将阴极热丝组件结构中用于转接热丝引线并焊接于金属筒上的镍丝穿过引线组件结构包含的灯丝焊接帽的中心孔；同时将引线组件结构套装于枪壳组件结构的端面所包含的阴极转接环内部；进一步采用氩弧焊接的方式分别将焊接位置S05和焊接位置S06焊接牢固；

步骤4、采用氦气质谱检漏仪器对组装后的电子枪结构进行检漏，保证组件气密性漏率达到10-9Pa·L/S以上。

根据上述技术方案，本发明回旋管电子枪结构具有结构简单、工艺重复性和一致性好的特点，能够实现装配的结构尺寸精度、同心度、电子枪阴极组件灯丝可靠性的大大提高，同时，该电子枪结构漏气率低。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是为本发明一种回旋管电子枪结构实例结构示意图；

图2是为图1中阴极热丝组件结构组装及工装示意图；

图3为本发明电子枪结构组装及工装示意图。

附图标记说明

1-引线组件结构 2-枪壳组件结构

3-阴极热丝组件结构 4-阳极

H-电子枪结构装配高度尺寸

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，“上、下、内、外”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。

参见图1至图3，本发明提供一种回旋管电子枪结构，包括引线组件结构1、枪壳组件结构2、阴极热丝组件结构3和阳极4；其中，

阳极4置于枪壳组件结构2内部，阴极热丝组件结构3的一端延伸至枪壳组件结构2内部与阳极4组装，另一端通过引线组件结构1与枪壳组件结构2连接。

在本实施方式中，引线组件结构1设置在枪壳组件结构2的端部并通过阴极引线座与枪壳组件结构2连接，用于电极间引线的转接并真空气密；其中，

引线组件结构1包括灯丝焊接帽、灯丝引线座、阴极引线座、绝缘陶瓷环和焊接补偿钼环，灯丝焊接帽位于灯丝引线座的中心孔，阴极引线座与灯丝引线座之间设置绝缘陶瓷环，焊接补偿钼环分别置于灯丝引线座和阴极引线座的端面部位。

在本实施方式中，引线组件结构1采用银基焊料钎焊装配，灯丝焊接帽、灯丝引线座、阴极引线座采用可伐合金加工而成，绝缘陶瓷环采用95氧化铝陶瓷或99氧化铝陶瓷，焊接补偿钼环采用真空熔炉钼加工而成。

在本实施方式中，枪壳组件结构2用于支撑阴极热丝组件结构和阳极，两端分别连接引线组件结构1和回旋管的高频互作用结构；其中，

枪壳组件结构2包括阴极转接环、阳极引线环、慢波转接环、焊接补偿钼环、第一枪壳绝缘陶瓷环和第二枪壳绝缘陶瓷环，阴极转接环与阳极引线环分别放置于第一枪壳绝缘陶瓷环的端面，第二枪壳绝缘陶瓷环放置于阳极引线环和慢波转接环之间，焊接补偿钼环分别放置于阴极转接环和慢波转接环的端面部位。

在本实施方式中，枪壳组件结构2采用银基焊料钎焊完成，阴极转接环、阳极引线环、慢波转接环采用可伐合金加工而成，枪壳绝缘陶瓷环1和枪壳绝缘陶瓷环2采用95氧化铝陶瓷或99氧化铝陶瓷，焊接补偿钼环采用真空熔炉钼加工而成。

在本实施方式中，阴极热丝组件结构3作为电子发射源，包括灯丝转接座、阴极、热屏蔽筒和热丝；其中，灯丝转接座上设置一根陶瓷杆，陶瓷杆中心部位焊接导电的金属筒，金属筒用于焊接镍丝和灯丝引线；阴极采用通用的钡钨阴极发射材料，外形结构为锥面的空心结构基体，基体焊接在锥面的钼基座上，钼基座的锥面与阴极基体的锥面应处于同一锥度内，以保证电子发射轨迹得到控制；热屏蔽筒位于阴极与灯丝转接座之间，用于连接阴极与灯丝转接座，采用钽或者铌材料加工；热丝位于阴极与钼基座的内部，热丝为螺旋状结构，采用钨丝绕制而成。

在本实施方式中，阳极4位于枪壳组件结构内部，与阳极引线环连接，阳极4为圆筒状，采用真空熔炉钼加工而成。

此外，本发明还提供了上述一种回旋管电子枪的装配方法，包括：

步骤1、组装阴极热丝组件结构3，将灯丝转接座放置于工装底座上的中心台阶上，然后依次放置热屏蔽筒、热丝、阴极，进一步放置工装定位块，使得定位块控制阴极与灯丝转接座的同心度达到Ф0.02mm的要求；然后采用激光焊接方式将灯丝转接座与热屏蔽筒沿着焊接位置S01一周焊接起来；进一步，采用电阻点焊的方法将热丝引线端焊接到灯丝转接座上所设置的陶瓷杆中心部位焊接的导电的金属筒上焊接位置S02；使用万用表测量阴极热丝之间的电阻，确定电阻满足设计要求；

步骤2、将电子枪装配模具放置于操作台面上，进一步将阳极4放置于电子枪装配模具中心带有台阶的轴上，然后将枪壳组件结构2放置于电子枪装配模具上，具体放置位置为枪壳组件结构2所包含的慢波转接环位于电子枪装配模具底部的定位台阶上，枪壳组件结构2所包含的阳极引线环套装与阳极上，确定放置到位后，采用氩弧焊接的方式焊接阳极4与阳极引线环的焊接位置S03；进一步的将组装好的阴极热丝组件结构3沿枪壳组件结构2的顶部放置于电子枪装配模具中心孔内，确保放置到位，保证阴极顶端到阳极端面的高度H精确，然后采用激光焊接的方式或者氩弧焊接的方式将阴极热丝组件结构3与枪壳组件结构2所处的焊接位置S04焊接牢固；

步骤3、将引线组件结构1与枪壳组件结构2进行组装，将阴极热丝组件结构3中用于转接热丝引线并焊接于金属筒上的镍丝穿过引线组件结构1包含的灯丝焊接帽的中心孔；同时将引线组件结构1套装于枪壳组件结构2的端面所包含的阴极转接环内部；进一步采用氩弧焊接的方式分别将焊接位置S05和焊接位置S06焊接牢固；

步骤4、采用氦气质谱检漏仪器对组装后的电子枪结构进行检漏，保证组件气密性漏率达到10-9Pa·L/S以上。

通过上述技术方案，装配后得到的回旋管电子枪结构具有结构简单、工艺重复性和一致性好的特点，能够实现装配的结构尺寸精度、同心度、电子枪阴极组件灯丝可靠性的大大提高，同时，该电子枪结构漏气率低。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种回旋管电子枪结构，其特征在于，包括引线组件结构(1)、枪壳组件结构(2)、阴极热丝组件结构(3)和阳极(4)；其中，

阳极(4)置于枪壳组件结构(2)内部，阴极热丝组件结构(3)的一端延伸至枪壳组件结构(2)内部与阳极(4)组装，另一端通过引线组件结构(1)与枪壳组件结构(2)连接。

2.根据权利要求1所述的回旋管电子枪结构，其特征在于，引线组件结构(1)设置在枪壳组件结构(2)的端部并通过阴极引线座与枪壳组件结构(2)连接，用于电极间引线的转接并真空气密；其中，

引线组件结构(1)包括灯丝焊接帽、灯丝引线座、阴极引线座、绝缘陶瓷环和焊接补偿钼环，灯丝焊接帽位于灯丝引线座的中心孔，阴极引线座与灯丝引线座之间设置绝缘陶瓷环，焊接补偿钼环分别置于灯丝引线座和阴极引线座的端面部位。

3.根据权利要求2所述的回旋管电子枪结构，其特征在于，引线组件结构(1)采用银基焊料钎焊装配，灯丝焊接帽、灯丝引线座、阴极引线座采用可伐合金加工而成，绝缘陶瓷环采用95氧化铝陶瓷或99氧化铝陶瓷，焊接补偿钼环采用真空熔炉钼加工而成。

4.根据权利要求1所述的回旋管电子枪结构，其特征在于，枪壳组件结构(2)用于支撑阴极热丝组件结构和阳极，两端分别连接引线组件结构(1)和回旋管的高频互作用结构；其中，

枪壳组件结构(2)包括阴极转接环、阳极引线环、慢波转接环、焊接补偿钼环、第一枪壳绝缘陶瓷环和第二枪壳绝缘陶瓷环，阴极转接环与阳极引线环分别放置于第一枪壳绝缘陶瓷环的端面，第二枪壳绝缘陶瓷环放置于阳极引线环和慢波转接环之间，焊接补偿钼环分别放置于阴极转接环和慢波转接环的端面部位。

5.根据权利要求4所述的回旋管电子枪结构，其特征在于，枪壳组件结构(2)采用银基焊料钎焊完成，阴极转接环、阳极引线环、慢波转接环采用可伐合金加工而成，枪壳绝缘陶瓷环1和枪壳绝缘陶瓷环2采用95氧化铝陶瓷或99氧化铝陶瓷，焊接补偿钼环采用真空熔炉钼加工而成。

6.根据权利要求1所述的回旋管电子枪结构，其特征在于，阴极热丝组件结构(3)作为电子发射源，包括灯丝转接座、阴极、热屏蔽筒和热丝；其中，灯丝转接座上设置一根陶瓷杆，陶瓷杆中心部位焊接导电的金属筒，金属筒用于焊接镍丝和灯丝引线；阴极采用通用的钡钨阴极发射材料，外形结构为锥面的空心结构基体，基体焊接在锥面的钼基座上，钼基座的锥面与阴极基体的锥面应处于同一锥度内，以保证电子发射轨迹得到控制；热屏蔽筒位于阴极与灯丝转接座之间，用于连接阴极与灯丝转接座，采用钽或者铌材料加工；热丝位于阴极与钼基座的内部，热丝为螺旋状结构，采用钨丝绕制而成。

7.根据权利要求1所述的回旋管电子枪结构，其特征在于，阳极(4)位于枪壳组件结构内部，与阳极引线环连接，阳极(4)为圆筒状，采用真空熔炉钼加工而成。

8.一种回旋管电子枪的装配方法，其特征在于，包括：

步骤1、组装阴极热丝组件结构(3)，将灯丝转接座放置于工装底座上的中心台阶上，然后依次放置热屏蔽筒、热丝、阴极，进一步放置工装定位块，使得定位块控制阴极与灯丝转接座的同心度达到Ф0.02mm的要求；然后采用激光焊接方式将灯丝转接座与热屏蔽筒沿着焊接位置S01一周焊接起来；进一步，采用电阻点焊的方法将热丝引线端焊接到灯丝转接座上所设置的陶瓷杆中心部位焊接的导电的金属筒上焊接位置S02；使用万用表测量阴极热丝之间的电阻，确定电阻满足设计要求；

步骤2、将电子枪装配模具放置于操作台面上，进一步将阳极(4)放置于电子枪装配模具中心带有台阶的轴上，然后将枪壳组件结构(2)放置于电子枪装配模具上，具体放置位置为枪壳组件结构(2)所包含的慢波转接环位于电子枪装配模具底部的定位台阶上，枪壳组件结构(2)所包含的阳极引线环套装与阳极上，确定放置到位后，采用氩弧焊接的方式焊接阳极(4)与阳极引线环的焊接位置S03；进一步的将组装好的阴极热丝组件结构(3)沿枪壳组件结构(2)的顶部放置于电子枪装配模具中心孔内，确保放置到位，保证阴极顶端到阳极端面的高度H精确，然后采用激光焊接的方式或者氩弧焊接的方式将阴极热丝组件结构(3)与枪壳组件结构(2)所处的焊接位置S04焊接牢固；

步骤3、将引线组件结构(1)与枪壳组件结构(2)进行组装，将阴极热丝组件结构(3)中用于转接热丝引线并焊接于金属筒上的镍丝穿过引线组件结构(1)包含的灯丝焊接帽的中心孔；同时将引线组件结构(1)套装于枪壳组件结构(2)的端面所包含的阴极转接环内部；进一步采用氩弧焊接的方式分别将焊接位置S05和焊接位置S06焊接牢固；

步骤4、采用氦气质谱检漏仪器对组装后的电子枪结构进行检漏，保证组件气密性漏率达到10-9Pa·L/S以上。

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