CN211150505U - 一种连续调谐磁控注入式电子枪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种连续调谐磁控注入式电子枪，包括阴极和阳极，所述阳极包括调制阳极和前成型阳极，调制阳极和前成型阳极之间设有环形凹槽，环形凹槽之间设有绝缘装置，调制阳极和前成型阳极的外表面缠绕着多个相互独立的可调电流线圈；所述阴极包括后成型阴极、发射阴极、前成型阴极和调谐阴极；后成型阴极、发射阴极、前成型阴极和调谐阴极依次连接成一个轴状整体，后成型阴极、发射阴极、前成型阴极和调谐阴极的半径由后成型阴极向调谐阴极方向依次减小。本实用新型通过在前成型阴极处添加小型调谐电极，小范围内配合工作磁场分布，有利于产生满足快速调谐需求的高质量回旋电子注，为开展宽频带调谐太赫兹回旋管提供了工程技术支持。
Description
技术领域
本实用新型涉及微波技术领域，特别是一种连续调谐磁控注入式电子枪。
背景技术
在核聚变等离子体诊断、太赫兹成像、太赫兹物质谱分析等领域需要高功率(几十到上百千瓦)可连续调谐的太赫兹波源。目前，固态器件只能提供几百毫瓦级的太赫兹波，量子激光器在0.8THz频段以下的功率输出也很难超过瓦级。太赫兹回旋管在该频段能产生几百甚至几千千瓦的高功率太赫兹波，是最理想的高功率太赫兹波源。磁控注入式电子枪(Magnetic Injection Gun，简称MIG)为回旋管提供高回旋能量的电子注，电子注的质量直接影响着回旋管的工作效率、输出功率和稳定性。
目前存在的工程技术困难有：
一、目前的电子枪结构很难满足宽频段回旋管连续调频的要求。
对于单频点工作的电子枪，一般需要专业设计人员进行长时间的优化设计才能得到低速度零散的高质量电子注；若实现可连续调谐，则要求电子枪在不同的工作磁场分布、工作电压和工作电流、横纵速度比、磁压缩比下均能提供满足指标要求的高质量电子注，设计难度大，优化周期长。
二、优化设计多频点工作的电子枪十分困难，难以保障每个工作频点的电子注质量。
目前的多频点工作的电子枪是针对某个频点的工作参数优化设计的小范围内通过电子注参数和工作磁场分布调整来尽可能满足其它频点工作，很难保证每个工作频点工作的电子注质量。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种连续调谐磁控注入式电子枪，通过在前成型阴极处添加小型调谐电极，小范围内配合工作磁场分布，优化调谐电极的形状、尺寸，有利于产生满足快速调谐需求的高质量回旋电子注，为开展宽频带调谐太赫兹回旋管提供了工程技术支持。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种连续调谐磁控注入式电子枪，包括阴极和阳极，阳极为环形结构，阳极之间设有真空腔，真空腔内设有阴极，阴极位于阳极的中轴线上；所述阳极包括调制阳极和前成型阳极，调制阳极和前成型阳极之间设有环形凹槽，环形凹槽之间设有绝缘装置，调制阳极和前成型阳极的外表面缠绕着多个相互独立的可调电流线圈；所述阴极包括后成型阴极、发射阴极、前成型阴极和调谐阴极；后成型阴极、发射阴极、前成型阴极和调谐阴极依次连接成一个轴状整体，后成型阴极、发射阴极、前成型阴极和调谐阴极的半径由后成型阴极向调谐阴极方向依次减小。
进一步的，调制阳极、前成型阳极和阴极的电位分别为-38.6kV、0V和-50V。
进一步的，后成型阴极、发射阴极、前成型阴极的中轴线位置设有可调螺母，可调螺母的前端与调谐阴极相连接，可调螺母的旋转运动改变调谐阴极的轴向尺寸。
进一步的，前成型阳极的内壁设有三段折面。
进一步的，调谐阳极的内壁设有三段折面。
进一步的，调制阳极和前成型阳极的外表面缠绕着13个相互独立的可调电流线圈。
进一步的，所述阴极和所述阳极组成的电子枪为轴对称旋转体。
进一步的，调制阳极和后成型阴极上还分别设有电极接线柱。
本实用新型的有益效果是：
(1)在前成型阴极前端增加一块调谐阴极，通过优化极间局部电场的电位分布，来补偿由于空间电荷效应和非匀强电场对电子注造成的参数零散；
(2)对调谐电极的形状进行优化，可以快速设计出满足快速调谐需求的高质量回旋电子注；为开展宽频带调谐太赫兹回旋管提供了工程技术支持，节省了电子光学系统的优化设计周期，降低了制管成本。
附图说明
图1为本实用新型连续调谐磁控注入式电子枪轴向剖面图；
图2为本实用新型枪区磁场分布图；
图中，1-调制阳极，2-前成型阳极，3-后成型阴极，4-发射阴极，5-前成型阴极，6-调谐阴极，7-可调电流线圈，8-可调螺母，9-绝缘装置，10-电极接线柱。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。
实施例1：
一种连续调谐磁控注入式电子枪，如图1所示，包括阴极和阳极，阳极为环形结构，阳极之间设有真空腔，真空腔内设有阴极，阴极位于阳极的中轴线上；所述阳极包括调制阳极 1和前成型阳极2，调制阳极1和前成型阳极2之间设有环形凹槽，环形凹槽之间设有绝缘装置9，调制阳极1和前成型阳极2的外表面缠绕着多个相互独立的可调电流线圈7；所述阴极包括后成型阴极3、发射阴极4、前成型阴极5和调谐阴极6；后成型阴极3、发射阴极4、前成型阴极5和调谐阴极6依次连接成一个轴状整体，后成型阴极3、发射阴极4、前成型阴极5和调谐阴极6的半径由后成型阴极3向调谐阴极6方向依次减小，调制阳极1、前成型阳极2和阴极的电位分别为-38.6kV、0V和-50V。
后成型阴极3、发射阴极4、前成型阴极5的中轴线位置设有可调螺母8，可调螺母8的前端与调谐阴极6相连接，可调螺母8的旋转运动改变调谐阴极6的轴向尺寸，前成型阳极2的内壁设有三段折面，调谐阳极1的内壁设有三段折面，调制阳极1和后成型阴极3上还分别设有电极接线柱10。
本实用新型通过改变泊松方程的边界条件来改变电子枪腔体内部电场位形分布，通过调整可调电流线圈7调整枪区内的磁场缓变方式，从而来改变电子注轨迹，优化设计出高质量磁控注入式电子枪，分两个步骤：1.主腔体设计；2.调谐阴极设计。主腔体设计主要包括阳极的结构和阴极的结构设计，如前成型阳极内壁为三段折面结构，调谐阳极的内壁为三段折面结构，阴极为半径渐变的轴状结构。调谐阴极设计主要通过可调螺母8依次穿过后成型阴极3、发射阴极4和前成型阴极5中轴线，与调谐阴极6相连接，可调螺母8的旋转运动改变调谐阴极6的轴向尺寸，从而小范围内配合工作磁场分布，满足连续调谐过程中对连续调谐电子枪的需求。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上，设定调制阳极1和前成型阳极2的外表面缠绕设有13个相互独立的可调电流线圈7，所述阴极和所述阳极组成的电子枪为轴对称旋转体，其线圈在枪区产生缓变磁场分布如图2所示。
实施例3：
本实施例在实施例1和实施例2的基础上，的电子枪通过调整枪区13个线圈的电流，产生轴向的磁场分布如图2所示。首先调各电极形状、调制电极点位，使其在调谐范围内的中心频率产生过满足注-波互作用指标的单频电子枪结构；在整体回旋管调频过程中，通过调整可调螺母8，改变调谐阴极6在轴向的电极延伸形状，并配合线圈电流和调制电极电位，就可以使该电子枪满足宽范围内的连续调谐，产生满足参数指标的高质量(低速度零散)回旋电子注。
本实用新型在前成型阴极前端增加一块调谐阴极，通过优化极间局部电场的电位分布，来补偿由于空间电荷效应和非匀强电场对电子注造成的参数零散；对调谐电极的形状进行优化，可以快速设计出满足快速调谐需求的高质量回旋电子注；为开展宽频带调谐太赫兹回旋管提供了工程技术支持，节省了电子光学系统的优化设计周期，降低了制管成本。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种连续调谐磁控注入式电子枪，包括阴极和阳极，阳极为环形结构，阳极之间设有真空腔，真空腔内设有阴极，阴极位于阳极的中轴线上；其特征在于，所述阳极包括调制阳极和前成型阳极，调制阳极和前成型阳极之间设有环形凹槽，环形凹槽之间设有绝缘装置，调制阳极和前成型阳极的外表面缠绕着多个相互独立的可调电流线圈；所述阴极包括后成型阴极、发射阴极、前成型阴极和调谐阴极；后成型阴极、发射阴极、前成型阴极和调谐阴极依次连接成一个轴状整体，后成型阴极、发射阴极、前成型阴极和调谐阴极的半径由后成型阴极向调谐阴极方向依次减小。
2.根据权利要求1所述一种连续调谐磁控注入式电子枪，其特征在于，调制阳极、前成型阳极和阴极的电位分别为-38.6kV、0V和-50V。
3.根据权利要求1所述一种连续调谐磁控注入式电子枪，其特征在于，后成型阴极、发射阴极、前成型阴极的中轴线位置设有可调螺母，可调螺母的前端与调谐阴极相连接，可调螺母的旋转运动改变调谐阴极的轴向尺寸。
4.根据权利要求1所述一种连续调谐磁控注入式电子枪，其特征在于，前成型阳极的内壁设有三段折面。
5.根据权利要求1所述一种连续调谐磁控注入式电子枪，其特征在于，调谐阳极的内壁设有三段折面。
6.根据权利要求1所述一种连续调谐磁控注入式电子枪，其特征在于，调制阳极和前成型阳极的外表面缠绕着13个相互独立的可调电流线圈。
7.根据权利要求1所述一种连续调谐磁控注入式电子枪，其特征在于，所述阴极和所述阳极组成的电子枪为轴对称旋转体。
8.根据权利要求1所述一种连续调谐磁控注入式电子枪，其特征在于，调制阳极和后成型阴极上还分别设有电极接线柱。
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|---|---|---|---|---|
| CN113690117A (zh) * | 2021-08-25 | 2021-11-23 | 电子科技大学 | 一种紧凑型低磁压缩比磁控注入电子枪 |
| CN114944313A (zh) * | 2022-06-30 | 2022-08-26 | 电子科技大学 | 一种回旋行波管多注电子枪 |
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