CN112578426A - 一种可调节型阵列式法拉第筒 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可调节型阵列式法拉第筒，包括外筒，外筒内依次设置有绝缘支架、绝缘支撑盘和SMA接头，绝缘支架远离绝缘支撑盘的一侧设置有用于收集束流的束流前端收集体，束流前端收集体为多个，且环形间隔阵列在绝缘支架内，绝缘支撑盘靠近绝缘支架的一侧设置有用于收集剩下束流的束流末端收集体，束流末端收集体通过导体支撑杆接地，束流前端收集体通过测量电阻组件与SMA接头连接，SMA接头用于连接示波器。束流前端收集体为多个，通过比较分析多路束流值，可得出环形阴极结构电子束的均匀性或多注结构对应注数电子束的束流大小，同时束流后端收集体收集多余电子束，可延长法拉第筒使用寿命和提高测量准确性。
Description
技术领域
本发明涉及强流电子束参数测量领域，涉及一种可调节型阵列式法拉第筒。
背景技术
速调管具有高增益、高效率、高功率和高稳定性的优点，在粒子加速器、定向能武器、可控热核聚变等离子体加热装置、空间微波能输电、工业微波加热高功率雷达和新型通信系统领域有广泛应用。速调管的工作原理是，基于速度调制将电子束能量转化为微波能量。因此，电子束参数对速调管的性能有非常重要的作用。目前，用于测量速调管电子束参数的装置有，罗科夫斯基线圈、壁电流分流器、腔电流检测器和法拉第筒。其中，罗科夫斯基线圈、壁电流分流器和腔电流检测器是采用间接的方法进行测量；法拉第筒实际是一种电荷收集级，直接测量束流，能准确测量收集于收集极上的电子束束流大小，是速调管电子束参数测量常采用的一种方式。
如图1，法拉第筒的测量原理为：束流收集体多为石墨或不锈钢等导体，电子束流通过收集体流向束流测量电阻R，R的另一端接地，形成通路。通过测量电阻R的压降，便可计算得到束流大小。束流收集体是前端面为喇叭面的柱体，多用于传统速调管束流参数的测量。随着高功率微波技术的发展，速调管出现了环形阴极和多注等结构，需分析束流的均匀性对束波互作用的影响。因此，急需要一种能够分析束流均匀性的法拉第筒。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对上述存在的问题，提供了一种可调节型阵列式法拉第筒，束流前端收集体为多个，通过比较分析多路束流值，可得出环形阴极结构电子束的均匀性或多注结构对应注数电子束的束流大小，同时束流后端收集体收集多余电子束，可延长法拉第筒使用寿命和提高测量准确性。
本发明采用的技术方案如下：一种可调节型阵列式法拉第筒，包括外筒，所述外筒内依次设置有绝缘支架、绝缘支撑盘和SMA接头，所述绝缘支架远离所述绝缘支撑盘的一侧设置有用于收集束流的束流前端收集体，所述束流前端收集体为多个，且环形间隔阵列在所述绝缘支架内，所述绝缘支撑盘靠近所述绝缘支架的一侧设置有用于收集剩下束流的束流末端收集体，所述束流末端收集体通过导体支撑杆接地，所述束流前端收集体通过测量电阻组件与所述SMA接头连接，所述SMA接头用于连接示波器。束流前端收集体为多个，通过比较分析多路束流值，可得出环形阴极结构电子束的均匀性或多注结构对应注数电子束的束流大小，同时束流后端收集体收集多余电子束，可延长法拉第筒使用寿命和提高测量准确性。
优选的，所述绝缘支架包括支撑壁、支撑底板和支撑柱，所述支撑柱设置在所述支撑底板的中心位置，且设置在所述支撑底板远离所述绝缘支撑盘的一侧。
优选的，所述支撑柱远离所述支撑底板的一端设置有石墨挡板。以避免被电子束轰击而损坏。
优选的，所述支撑底板与所述束流前端收集体之间设置有接触铜片，所述支撑底板上设置有两个第一导电触点，所述绝缘支撑盘上设置有两个与所述第一导电触点对应的第二导电触点，所述接触铜片、第一导电触点和第二导电触点连接。
优选的，所述束流末端收集体上设置有叶片收集体，所述叶片收集体的数量与所述束流前端收集体的数量相同，所述叶片收集体环形间隔阵列分布且与所述束流前端收集体交错设置。
优选的，所述束流前端收集体和叶片收集体的数量均为4个，所述测量电阻组件和所述SMA接头的数量也为4个。相当于是4条电路，可测得4组束流值；通过比较4组数据，便可分析束流在角向的均匀性。
优选的，所述测量电阻组件设置在所述SMA接头和所述绝缘支撑盘之间，且所述SMA接头和所述绝缘支撑盘上均设置有固定盘，所述测量电阻组件设置在两个固定盘之间。
优选的，所述测量电阻组件包括四个并联的电阻，四个电阻并联设置在两个固定盘之间。
优选的，所述外壳靠近所述SMA接头的一端设置有固定盖，所述固定盖上设置有固定所述SMA接头的固定孔。
优选的，所述束流前端收集体远离所述绝缘支架的一端的横截面为扇形，且所述扇形面的夹角为45°；所述束流后端收集体靠近所述绝缘支架的一侧设置有喇叭形凹面，所述喇叭形凹面上设置有扇形缺口，所述扇形缺口的夹角为30°，且与所述扇形面的位置对应。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本发明的可调节型阵列式法拉第筒，包括外筒，所述外筒内依次设置有绝缘支架、绝缘支撑盘和SMA接头，所述绝缘支架远离所述绝缘支撑盘的一侧设置有用于收集束流的束流前端收集体，所述束流前端收集体为多个，且环形间隔阵列在所述绝缘支架内，所述绝缘支撑盘靠近所述绝缘支架的一侧设置有用于收集剩下束流的束流末端收集体，所述束流末端收集体通过导体支撑杆接地，所述束流前端收集体通过测量电阻组件与所述SMA接头连接，所述SMA接头用于连接示波器。束流前端收集体为多个，通过比较分析多路束流值，可得出环形阴极结构电子束的均匀性或多注结构对应注数电子束的束流大小，同时束流后端收集体收集多余电子束，可延长法拉第筒使用寿命和提高测量准确性。
附图说明
图1是现有技术的结构图；
图2是本发明的纵向剖面结构图；
图3是本发明的A向剖面图；
图4是本发明的B向剖面图。
主要元素符号说明：1、外筒；2、绝缘支架；3、束流前端收集体；4、束流末端收集体；5、绝缘支撑盘；6、SMA接头；7、测量电阻组件；8、固定盘；9、接触铜片；10、石墨挡板。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：请参阅图2至图4，本实施例的可调节型阵列式法拉第筒，包括外筒1，外筒1内依次设置有绝缘支架2、绝缘支撑盘5 和SMA接头6，绝缘支架2远离绝缘支撑盘5的一侧设置有用于收集束流的束流前端收集体3，束流前端收集体3为多个，且环形间隔阵列在绝缘支架2内，绝缘支撑盘5靠近绝缘支架2的一侧设置有用于收集剩下束流的束流末端收集体4，束流末端收集体4通过导体支撑杆接地，束流前端收集体3通过测量电阻组件7与SMA接头6连接，SMA接头6用于连接示波器。束流前端收集体3为多个，通过比较分析多路束流值，可得出环形阴极结构电子束的均匀性或多注结构对应注数电子束的束流大小，同时束流后端收集体4收集多余电子束，可延长法拉第筒使用寿命和提高测量准确性。SMA接头6又名为SMA连接器，SMA连接器是一种应用广泛的小型螺纹连接的同轴连接器，它具有频带宽、性能优、高可靠、寿命长的特点。SMA连接器适用于微波设备和数字通信系统的射频回路中连接射频电缆或微带线。
实施例2：本实施例的绝缘支架2包括支撑壁、支撑底板和支撑柱，支撑柱设置在支撑底板的中心位置，且设置在支撑底板远离绝缘支撑盘5的一侧。本实施例的支撑柱远离支撑底板的一端设置有石墨挡板10。以避免被电子束轰击而损坏。本实施例的支撑底板与束流前端收集体3之间设置有接触铜片9，支撑底板上设置有两个第一导电触点，绝缘支撑盘5上设置有两个与第一导电触点对应的第二导电触点，接触铜片9、第一导电触点和第二导电触点连接。本实施例的束流末端收集体4上设置有叶片收集体，叶片收集体的数量与束流前端收集体3的数量相同，叶片收集体环形间隔阵列分布且与束流前端收集体3交错设置。束流末端收集体4与束流前端收集体3均为石墨材料制成。
实施例3：本实施例的测量电阻组件7设置在SMA接头6和绝缘支撑盘5之间，且SMA接头6和绝缘支撑盘5上均设置有固定盘8，测量电阻组件7设置在两个固定盘8之间。本实施例的测量电阻组件 7包括四个并联的电阻，四个电阻并联设置在两个固定盘8之间。本实施例的束流前端收集体3和叶片收集体的数量均为4个，测量电阻组件7和SMA接头6的数量也为4个。相当于是4条电路，可测得4 组束流值；通过比较4组数据，便可分析束流在角向的均匀性。本实施例的外壳靠近SMA接头6的一端设置有固定盖，固定盖上设置有固定SMA接头6的固定孔。本实施例的束流前端收集体3远离绝缘支架 2的一端的横截面为扇形，且扇形面的夹角为45°；束流后端收集体 4靠近绝缘支架2的一侧设置有喇叭形凹面，喇叭形凹面上设置有扇形缺口，扇形缺口的夹角为30°，且与扇形面的位置对应。
实施例4：本实施例的束流后端收集体4通过支撑螺栓接地，束流通过所述束流测量电阻测得，满足欧姆定律，即：
其中，R为测量电阻，U为测量电压，I为测量电流。本实施例的束流前端收集体 3的每一阵列接有4个并联的测量电阻。此4个电阻焊接在前后2个固定盘8上，以此固定。所述束流测量电阻共16个，所述固定盘8共8个。 SMA接头6共4个，SMA接头6与示波器连接，测量电阻两端电压,进而计算得出束流。环形强流电子束在磁场的引导下通过环形注入口进入法拉第筒，电子束的外半径为2.1cm，内半径为1.9cm。电子束的引导磁场强度为0.6T，电压为500kV，电流为4kA。法拉第外筒1内径为3cm，束流前端收集体3的4个阵列均匀放置在角向，所占角度分别为0～45度、 90～135度、180～225度和270～315度。阵列内径为1.2cm，外径为3cm。石墨挡板10放置在绝缘支架2前端，半径为1.2cm。束流后端收集体4 的扇形缺口与束流前端收集体3阵列交错放置，缺口在角向所占角度分别为7.5～37.5度、97.5～127.5度、187.5～217.5度和277.5～307.5度。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可调节型阵列式法拉第筒，其特征在于，包括外筒，所述外筒内依次设置有绝缘支架、绝缘支撑盘和SMA接头，所述绝缘支架远离所述绝缘支撑盘的一侧设置有用于收集束流的束流前端收集体，所述束流前端收集体为多个，且环形间隔阵列在所述绝缘支架内，所述绝缘支撑盘靠近所述绝缘支架的一侧设置有用于收集剩下束流的束流末端收集体，所述束流末端收集体通过导体支撑杆接地，所述束流前端收集体通过测量电阻组件与所述SMA接头连接，所述SMA接头用于连接示波器。
2.根据权利要求1所述的可调节型阵列式法拉第筒，其特征在于，所述绝缘支架包括支撑壁、支撑底板和支撑柱，所述支撑柱设置在所述支撑底板的中心位置，且设置在所述支撑底板远离所述绝缘支撑盘的一侧。
3.根据权利要求2所述的可调节型阵列式法拉第筒，其特征在于，所述支撑柱远离所述支撑底板的一端设置有石墨挡板。
4.根据权利要求2所述的可调节型阵列式法拉第筒，其特征在于，所述支撑底板与所述束流前端收集体之间设置有接触铜片，所述支撑底板上设置有两个第一导电触点，所述绝缘支撑盘上设置有两个与所述第一导电触点对应的第二导电触点，所述接触铜片、第一导电触点和第二导电触点连接。
5.根据权利要求1所述的可调节型阵列式法拉第筒，其特征在于，所述束流末端收集体上设置有叶片收集体，所述叶片收集体的数量与所述束流前端收集体的数量相同，所述叶片收集体环形间隔阵列分布且与所述束流前端收集体交错设置。
6.根据权利要求5所述的可调节型阵列式法拉第筒，其特征在于，所述束流前端收集体和叶片收集体的数量均为4个，所述测量电阻组件和所述SMA接头的数量也为4个。
7.根据权利要求1所述的可调节型阵列式法拉第筒，其特征在于，所述测量电阻组件设置在所述SMA接头和所述绝缘支撑盘之间，且所述SMA接头和所述绝缘支撑盘上均设置有固定盘，所述测量电阻组件设置在两个固定盘之间。
8.根据权利要求7所述的可调节型阵列式法拉第筒，其特征在于，所述测量电阻组件包括四个并联的电阻，四个电阻并联设置在两个固定盘之间。
9.根据权利要求1所述的可调节型阵列式法拉第筒，其特征在于，所述外壳靠近所述SMA接头的一端设置有固定盖，所述固定盖上设置有固定所述SMA接头的固定孔。
10.根据权利要求1所述的可调节型阵列式法拉第筒，其特征在于，所述束流前端收集体远离所述绝缘支架的一端的横截面为扇形，且所述扇形面的夹角为45°；所述束流后端收集体靠近所述绝缘支架的一侧设置有喇叭形凹面，所述喇叭形凹面上设置有扇形缺口，所述扇形缺口的夹角为30°，且与所述扇形面的位置对应。
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