CN113066708B - 周期永磁聚焦系统和磁场调节方法 - Google Patents

Abstract

一种周期永磁聚焦系统和磁场调节方法，该周期永磁聚焦系统包括电子枪区、互作用区和收集极区，其中：电子枪区，用于使电子注成型，包括：阴极过渡区，位于所述电子枪区靠近互作用区的一端；阴极过渡区磁屏，位于所述阴极过渡区，连接所述电子枪区的电子枪磁屏和互作用区的第一极靴；间隙，位于所述阴极过渡区磁屏中，使所述阴极过渡区磁屏形成相间隔的两个子磁屏；以及磁场调节结构，位于所述间隙中；互作用区，用于将所述电子注聚焦；以及收集极区，用于将所述电子注散焦。本发明提供了上述周期永磁聚焦系统的磁场调节方法；本发明可以实现阴极过渡区的磁场强度和磁场位型与设计磁场保持一致。

Description

周期永磁聚焦系统和磁场调节方法

技术领域

本发明涉及电子行业真空电子学技术领域，特别涉及周期永磁聚焦系统和磁场调节方法。

背景技术

在大功率速调管中，聚焦系统的功能是实现电子注的成形、电子注形状的保持和电子注的发散，对获得高性能电子注有决定性影响。电子注的产生、成形、聚焦和发散在大功率速调管占有重要地位，高质量的电子注是实现高性能速调管的关键。聚焦系统一般分为静电聚焦系统、电磁聚焦系统和永磁聚焦系统三种类型。

聚焦系统主要由三部分组成：(1)电子枪区，该区磁场与电子枪静电场一起完成电子注的产生和成形；(2)高频互作用区，该区磁场完成电子注的聚焦功能，保持电子注具有一定的形状，保证电子注与高频电场相互作用；(3)收集极区，该区磁场完成电子注发散功能，使电子注比较均匀地打在收集极内表面，将电子注动能转换成热能，并由冷却系统带走。

对于输出功率高、工作频率低的速调管通常采用电磁聚焦系统；对于输出功率低、工作频率高的速调管采用永磁聚焦系统。在多注速调管中，由于漂移管半径小，通常采用周期永磁聚焦系统。在功率较低的速调管中，也有采用静电聚焦方式的，它通过一组沿电子注路径排列的静电透镜产生的轴向周期变化的静电场实现电子注的聚焦，由于静电透镜的引入使速调管结构变得复杂，近年来较少采用。

与电磁聚焦系统相比，采用永磁聚焦系统可以省去磁场电源，这样可以提高整个系统的效率，简化系统构成，缺点是永磁聚焦系统的调节不如电磁聚焦系统调节方便，因为永磁磁体是由一块块具有一定磁能积的磁体构成，并且在建立磁能积的过程中，因为磁体材料的均匀性和充磁电流的差异以及磁场系统装配产生的误差，很难保证最终建立的磁聚焦系统的磁场位型与设计磁场位型保持一致，而磁场聚焦系统与设计磁场的偏差所引起的电子枪区磁场强度变化对于电子枪电子注的成形具有较大影响。因此对于组装成型的永磁聚焦系统磁场的微调节对电子注成型的质量至关重要。

对于永磁聚焦磁场系统通常是在不同磁体之间连接条形的导磁板或者在单个磁体的侧面贴条形的导磁板，通过改变磁体的磁路来影响聚焦磁场系统的磁位型，然而该技术方法对于高频区域的磁位型影响比较明显，但对于阴极区域影响作用比较弱，尤其是阴极区域距离第一极靴距离比较远时，通过该技术方法调节阴极区域的磁位型基本不可行。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种周期永磁聚焦系统和磁场调节方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种周期永磁聚焦系统包括电子枪区、互作用区和收集极区，其中：电子枪区，用于使电子注成型，包括：阴极过渡区，位于所述电子枪区靠近互作用区的一端；阴极过渡区磁屏，位于所述阴极过渡区，连接所述电子枪区的电子枪磁屏和互作用区的第一极靴；间隙，位于所述阴极过渡区磁屏中，使所述阴极过渡区磁屏形成相间隔的两个子磁屏；以及磁场调节结构，位于所述间隙中；互作用区，用于将所述电子注聚焦；以及收集极区，用于将所述电子注散焦。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种利用上述周期永磁聚焦系统的磁场调节方法，包括：在间隙中放入磁场调节结构，使所述周期永磁聚焦系统的阴极过渡区的磁场强度和磁场位型与设计磁场保持一致。

从上述技术方案可以看出，本发明的周期永磁聚焦系统和磁场调节方法具有以下有益效果或其中一部分：

本发明的周期永磁聚焦系统，在电子枪区的阴极过渡区增加了间隙结构，在所述间隙结构中添加磁场调节结构，来调节阴极过渡区的磁场强度和磁场位型，使阴极过渡区的磁场强度和磁场位型与设计磁场保持一致。

附图说明

图1是常规的六周期的永磁聚焦磁场系统结构图；

图2是图1所示六周期永磁聚焦系统的中心轴上磁场强度的变化曲线；

图3A是常规的周期永磁聚焦磁场系统的电子枪区和第一极靴的局部结构图；

图3B是图3A的模拟仿真磁力线分布；

图4A是本发明的阴极过渡区磁屏增加间隙的结构图；

图4B是图4A的模拟仿真磁力线分布；

图5是本发明的阴极过渡区磁屏间隙内添加阴极过渡区补偿磁屏的结构图；

图6A是本发明的阴极过渡区磁屏间隙添加轴向充磁阴极过渡区补偿磁体的结构图；

图6B是图6A的模拟仿真磁力线分布；

图7是本发明的阴极过渡区磁屏间隙添加轴向充磁阴极过渡区补偿磁体和阴极过渡区补偿磁屏的结构图；

图8是本发明的阴极过渡区磁屏不存在间隙、存在间隙和间隙中存在阴极过渡区补偿磁体时轴向磁场强度变化曲线的对比。

具体实施方式

在实现本发明的过程中发现，通过在电子枪区的阴极过渡区增加间隙结构，在间隙结构中添加磁场调节结构，由此来调节阴极过渡区的磁场强度和磁场位型，使阴极过渡区的磁场强度和磁场位型与设计磁场保持一致。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

根据本发明的实施例，提供了一种周期永磁聚焦系统，包括电子枪区、互作用区和收集极区，其中：电子枪区，用于使电子注成型，包括：阴极过渡区，位于电子枪区靠近互作用区的一端；阴极过渡区磁屏，位于阴极过渡区，连接电子枪区的电子枪磁屏和互作用区的第一极靴；间隙，位于阴极过渡区磁屏中，使阴极过渡区磁屏形成相间隔的两个子磁屏；以及磁场调节结构，位于间隙中；互作用区，用于将电子注聚焦；以及收集极区，用于将电子注散焦。

通过在电子枪区的阴极过渡区增加间隙结构，增加的间隙结构相当于增加了磁阻，在间隙结构中添加磁场调节结构来调节阴极过渡区的磁场强度和磁场位型，使阴极过渡区的磁场强度和磁场位型与设计磁场保持一致。

根据本发明的实施例，磁场调节结构为阴极过渡区补偿磁屏和/或阴极过渡区补偿磁体。

根据本发明的实施例，所述阴极过渡区补偿磁屏材料为DT8纯铁，所述阴极过渡区补偿磁体材料为钐钴或镍钴。

根据本发明的实施例，当磁场调节结构为阴极过渡区补偿磁屏时，阴极过渡区补偿磁屏的厚度小于间隙的宽度。通过不同厚度磁屏来调节该间隙的磁阻大小，从而达到调节阴极过渡区磁场强度的目的，以最终确定有利于电子注成型的磁场强度。

根据本发明的实施例，当磁场调节结构为阴极过渡区补偿磁体时，阴极过渡区补偿磁体的厚度小于或等于间隙的宽度。通过不同厚度阴极过渡区补偿磁体可以有效调节阴极过渡区磁场强度和磁场位型，以最终确定有利于电子注成型的磁场强度和磁场位型。

根据本发明的实施例，当磁场调节结构为阴极过渡区补偿磁屏和阴极过渡区补偿磁体时，阴极过渡区补偿磁屏和阴极过渡区补偿磁体的厚度之和小于或等于间隙的宽度。通过阴极过渡区补偿磁体和阴极过渡区补偿磁屏共同调节阴极过渡区内磁场强度和磁场位型，以最终确定有利于电子注成型的磁场强度和磁场位型。

根据本发明的实施例，阴极过渡区补偿磁体的充磁方向为沿周期永磁聚焦系统的轴向。

根据本发明的实施例，阴极过渡区补偿磁体的个数为一个或者多个。其中可以通过多个小磁体能有效且大幅度地调节阴极区内的磁场强度和磁场位型。

根据本发明的实施例，阴极过渡区补偿磁屏和阴极过渡区磁屏沿垂直于周期永磁聚焦系统的轴向方向的截面形状和尺寸相同，这样便于安装，且结构简单。

根据本发明的实施例，阴极过渡区补偿磁体和阴极过渡区磁屏沿垂直于周期永磁聚焦系统的轴向方向的截面形状和尺寸相同，这样便于安装，且结构简单。

根据本发明的实施例，还提供了一种利用上述周期永磁聚焦系统的磁场调节方法，包括：在间隙中放入磁场调节结构，使周期永磁聚焦系统的阴极过渡区的磁场强度和磁场位型与设计磁场保持一致。

以下列举具体实施例来对本发明的技术方案作详细说明。需要说明的是，下文中的具体实施例仅用于示例，并不用于限制本发明。

对比例1

一个常规的6周期的永磁聚焦磁场系统，如图1所示，包括电子枪区、互作用区和收集极区，其中，阴极过渡区位于电子枪区，阴极过渡区磁屏位于阴极过渡区。磁体1至磁体7位于互作用区。磁体1至磁体7的充磁方向为R径向充磁，R方向为永磁聚焦磁场系统的径向方向，且充磁方向为交替反向，如磁体1、3、5、7为负R方向，磁体2、4、6为正R方向，磁屏为导磁材料。图2为常规的6周期的永磁聚焦磁场系统的中心轴上磁场强度曲线。

如图3A所示为一种常规的周期永磁聚焦磁场系统的电子枪区和第一极靴的局部结构图，图3B为图3A模拟仿真磁力线分布。

实施例1

如图4A所示为一种周期永磁聚焦磁场系统的电子枪区和第一极靴的局部结构图，相比于图3，图4A在阴极过渡区磁屏增加一个间隙，间隙宽度H，该间隙的增加相当于增加了磁阻，可以通过在间隙增加不同厚度的阴极过渡区补偿磁屏，磁屏厚度为h2，h2＜H，通过阴极过渡区补偿磁屏(如图5所示)来调节该间隙的磁阻大小，从而达到调节阴极过渡区磁场强度的目的。图4B是图4A的模拟仿真磁力线分布。

实施例2

如图6A所示为一种周期永磁聚焦磁场系统的电子枪区和第一极靴的局部结构图，相比于图3，图6A在阴极过渡区磁屏增加一个间隙，间隙宽度H，同时在间隙处添加轴向Z充磁的阴极过渡区补偿磁体，磁体厚度为h1，h1≤H，磁体的放置方向可以使充磁方向为沿正Z轴方向或反方向，可以通过多个小磁体可以有效且大幅度地调节阴极过渡区内的磁场强度和磁场位型。图6B为图6A的模拟仿真磁力线分布。

实施例3

如图7所示为一种周期永磁聚焦磁场系统的电子枪区和第一极靴的局部结构图，相比于图3，图7在阴极过渡区磁屏增加一个间隙，间隙宽度H，在间隙处添加轴向Z充磁的阴极过渡区补偿磁体，磁体厚度h1，同时添加厚度h2的阴极过渡区补偿磁屏，h1+h2≤H，通过磁体和磁屏共同调节阴极区内磁场强度和磁场位型。

通过图3B，图4B和图6B可以看出，当阴极过渡区磁屏存在间隙或间隙中存在阴极过渡区补偿磁体时，阴极过渡区的磁场位型和阴极过渡区磁屏不存在间隙时的磁场位型明显不同，当阴极过渡区的间隙中存在阴极过渡区补偿磁体时，阴极过渡区的磁场位型和磁场强度可调性最强。同理可推出，实施例1和实施例3中的磁场调节结构，也可以实现对阴极过渡区磁场位型进行调节的功能。

图8是本发明的阴极过渡区磁屏不存在间隙、存在间隙和间隙中存在阴极过渡区补偿磁体时轴向磁场强度变化曲线的对比。通过图8可以看出，当阴极过渡区存间隙中存在阴极过渡区补偿磁体时，阴极过渡区内轴向磁场的强度范围更大，因此可调性更强。同理可推出，实施例1和实施例3中的磁场调节结构，也可以实现对阴极过渡区磁场强度进行调节的功能。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种周期永磁聚焦系统，包括电子枪区、互作用区和收集极区，其中：

电子枪区，用于使电子注成型，包括：

阴极过渡区，位于所述电子枪区靠近互作用区的一端；

阴极过渡区磁屏，位于所述阴极过渡区，连接所述电子枪区的电子枪磁屏和互作用区的第一极靴；

间隙，位于所述阴极过渡区磁屏中，使所述阴极过渡区磁屏形成相间隔的两个子磁屏；以及

磁场调节结构，位于所述间隙中；

互作用区，用于将所述电子注聚焦；以及

收集极区，用于将所述电子注散焦；

其中，所述磁场调节结构为阴极过渡区补偿磁屏和/或阴极过渡区补偿磁体；所述阴极过渡区补偿磁屏材料为DT8纯铁，所述阴极过渡区补偿磁体材料为钐钴或镍钴；

当所述磁场调节结构为阴极过渡区补偿磁屏时，所述阴极过渡区补偿磁屏的厚度小于所述间隙的宽度。

2.如权利要求1所述的周期永磁聚焦系统，其中，当所述磁场调节结构为阴极过渡区补偿磁屏和阴极过渡区补偿磁体时，所述阴极过渡区补偿磁屏和阴极过渡区补偿磁体的厚度之和小于或等于所述间隙的宽度。

3.如权利要求1所述的周期永磁聚焦系统，其中，当所述磁场调节结构为阴极过渡区补偿磁体时，所述阴极过渡区补偿磁体的厚度小于或等于所述间隙的宽度。

4.如权利要求1所述的周期永磁聚焦系统，其中，所述阴极过渡区补偿磁体的充磁方向为沿所述周期永磁聚焦系统的轴向。

5.如权利要求1所述的周期永磁聚焦系统，其中，所述阴极过渡区补偿磁体的个数为一个或者多个。

6.如权利要求1所述的周期永磁聚焦系统，其中，所述阴极过渡区补偿磁屏和所述阴极过渡区磁屏沿垂直于所述周期永磁聚焦系统的轴向方向的截面形状和尺寸相同。

7.如权利要求1所述的周期永磁聚焦系统，其中，所述阴极过渡区补偿磁体和所述阴极过渡区磁屏沿垂直于所述周期永磁聚焦系统的轴向方向的截面形状和尺寸相同。

8.一种利用如权利要求1-7中任一项所述的周期永磁聚焦系统的磁场调节方法，包括：

在间隙中放入磁场调节结构，使所述周期永磁聚焦系统的阴极过渡区的磁场强度和磁场位型与设计磁场保持一致。