带状回旋注电子枪的结构

技术领域

本发明涉及毫米波和亚毫米波电真空器件技术领域，特别涉及一种带状回旋注电子枪的结构。

背景技术

目前，为满足等离子体加热、等离子体诊断、隐藏放射性材料探测、动态核极化波谱学等方面对高功率电磁辐射源的需求，毫米波和亚毫米波回旋管的输出功率必须要提高到几百千瓦量极，该输出功率依靠传统的圆柱结构回旋管很难实现。突破圆柱结构器件技术瓶颈的有效措施是采用带状回旋电子注与横向开敞式双平板谐振腔相结合构造平面回旋管。

然而，尽管单阳极带状回旋注电子枪的结构较为简单，但无法对电子的横纵速度比进行独立调节，因此在实际应用中，考虑到器件的最优状态需要系统地调节束流参数来获得，这将会较大地限制器件性能的发挥。另一方面，由于电子枪区存在极间电场和引导磁场，电子注在沿着磁力线做回旋运动的同时也表现出一定程度的横向漂移，如果漂移距离过大，则会导致电子注在电子枪过渡区或高频区的截获，这也要求在实际电子枪中设置独立的控制极对电子运动状态进行调节。此外，电子枪中的阴极由不同的热子分别加热，不仅使阴极热子结构较为复杂，同时也由于两侧阴极热子组件的热容量差异会导致两个阴极的表面温度不同，进而降低电子注的质量。

发明内容

(一)技术方案

本发明的实施例提供一种带状回旋注电子枪的结构，包括：阴极聚焦极组件1，一端设置有阴极热子组件11，阴极热子组件11包括：阴极111，为平面对称结构，包括：两个矩形阴极发射面1111，设置在阴极111的对称平面的两侧，每个矩形阴极发射面1111的第一长边与阴极111的一侧边缘重合，矩形阴极发射面1111为第一长边向对称平面进行延伸而成，延伸的平面不垂直或平行于对称平面，延伸的方向为远离阴极热子组件11的方向；两个矩形条状凸榫1112，分别设置在两个第一长边向阴极热子组件11远离阴极111的一端延伸的平面中，平行并紧贴于两个第一长边；阴极聚焦极组件1还包括：聚焦极12，设置在阴极热子组件11的表面，包括：两个矩形空槽121，设置在聚焦极12靠近阴极111的一端，用以容纳两个矩形阴极发射面1111，其中两个矩形空槽121的两个第二长边贴近于两个矩形阴极发射面1111的两个第一长边；两个直角台阶122，分别平行并紧贴于靠近矩形空槽121的两个第二长边，用以与两个矩形条状凸榫1112滑配。

可选地，阴极聚焦极组件1还包括：热屏13，设置在阴极111表面与聚焦极12靠近阴极111一端表面的中间；聚焦极12还包括：两条矩形长槽123，分别紧贴并平行于两个矩形空槽121中与第二长边平行的两个第三长边，用以固定热屏13。

可选地，阴极111还包括：矩形区域面，设置在两个矩形阴极发射面1111所围成的中间区域，用于为两个矩形阴极发射面1111传递热量；熔融热子112，紧贴于矩形区域面远离矩形阴极发射面1111一端的表面。

可选地，阴极111还包括：多层底热屏113，设置在熔融热子112远离矩形区域面的一端，用以托举熔融热子112；热子筒115，一端与阴极111的边缘连接，用以容纳熔融热子112；热子筒底盖114，设置在热子筒115的内部，并与多层底热屏113远离熔融热子112的一端连接；支撑筒117，与热子筒115远离阴极111的一端连接，支撑筒117在靠近阴极111的一端设置有两个台阶；侧热屏116，设置在支撑筒117的台阶处。

可选地，聚焦极12还包括：过渡环124，设置在聚焦极12远离阴极111的一端，用以与支撑筒117连接；隔热槽125，设置在聚焦极12的表面。

可选地，矩形阴极发射面1111的4个边与矩形空槽121的对应的4个边间隔相同的第一长度，第一长度为5～10丝。

可选地，熔融热子112、多层底热屏113、热子筒115、热子筒底盖114、支撑筒117都为第一形状，第一形状包括圆形或圆角矩形，当第一形状为圆形时，支撑筒117的形状为圆形，当第一形状为圆角矩形时，支撑筒117连接热子筒115的一端为圆角矩形，远离热子筒115的一端为圆形。

可选地，带状回旋注电子枪的结构还包括：控制极2，一端设置有前端21，包括两个对称分布的电极，两个电极中间设置有阴极聚焦极组件1；控制极2的另一端设置有连接环22，连接环22的形状包括圆形。

可选地，带状回旋注电子枪的结构还包括：阳极过渡段3，设置在控制极2的外侧，并靠近前端21，阳极过渡段3的前端面设置有销钉孔，用以对准阴极聚焦极组件1与控制极2的相对位置。

可选地，带状回旋注电子枪的结构还包括：控制极环4，设置在连接环22所在一端，并与连接环22进行连接；引线支撑筒5，设置在阴极聚焦极组件1远离阴极111的一端，并与阴极聚焦极组件1连接。

(二)有益效果

本发明设计了一种带状回旋注电子枪的结构，通过采用两个对称发射面的单一阴极体，合理地优化了阴极体形状，并使用单一熔融热子对阴极体进行加热，较好地保证了加热效率和阴极面温度的均匀性。同时增加了控制极，从而能够对电子出射状态进行调节，进而能够有效提升电子枪的输出功率和效率。

附图说明

图1示意性地示出了本发明实施例提供的一种带状回旋注电子枪的结构示意图。

图2示意性地示出了本发明实施例提供的一种控制极的结构示意图。

图3示意性地示出了本发明实施例提供的一种阴极聚焦极组件的结构示意图。

图4示意性地示出了本发明实施例提供的一种阴极热子组件的结构示意图。

图5示意性地示出了本发明实施例提供的一种聚焦极的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本发明做进一步的详细说明。

在此公开本发明结构实施例和方法的描述。应当了解，这并不意图将本发明限制在特定公开的实施例中，本发明可以通过使用其它特征、元件、方法和实施例来加以实施。不同实施例中的相似元件通常会标示相似的号码。

图1示意性地示出了本发明实施例提供的一种带状回旋注电子枪的结构示意图。

如图1所示，该带状回旋注电子枪包括阴极聚焦极组件1、控制极2、阳极过渡段3、控制极环4和引线支撑筒5。

图2示意性地示出了本发明实施例提供的一种控制极的结构示意图。

如图2所示，控制极2的一端设置有前端21，包括两个对称分布的电极，两个电极中间设置有阴极聚焦极组件1；控制极2的另一端设置有连接环22，连接环22的形状包括圆形。

本实施例中，前端21为根据电学设计结果加工出的电极，在电极后部变换为圆形支撑筒结构，支撑筒的尾部为连接环22，该连接环22外侧与电子枪控制极环4内侧相配合，在调整好控制极2与阳极过渡段3前端的距离和相对位置后，将连接环22与电子枪控制极环4通过氩弧焊连接固定。

本实施例中，为提高控制极2的结构强度，控制极2前部的两个平板状电极与后部的圆形支撑筒之间的连接过渡区域可以适当延长，此外，还可以进一步简化加工过程，将控制极2拆分为平板状电极和圆形支撑筒两种零件，之后再通过钎焊连接为一个整体。

本实施例中，控制极2的设置能够对电子的出射状态进行调节，并且能在一定程度上修正电子枪的设计和装配偏差，使得电子束流状态能够调至最优的结果。

本实施例中，阳极过渡段3设置在控制极2的外侧，并靠近前端21，阳极过渡段3的前端面设置有销钉孔，用以对准阴极聚焦极组件1与控制极2的相对位置。该带状回旋注电子枪在装配时通过不同的模具，分别约束控制极2和阴极聚焦极组件1相对于阳极过渡段3开有销钉孔的端面的距离和角向关系，以保证电子枪中各电极的对正和相对位置的正确。

本实施例中，控制极环4设置在连接环22所在一端，并与连接环22进行连接；引线支撑筒5设置在阴极聚焦极组件1远离阴极111的一端，并与阴极聚焦极组件1连接。

图3示意性地示出了本发明实施例提供的一种阴极聚焦极组件的结构示意图。

如图3所示，该阴极聚焦极组件1一端设置有阴极热子组件11。

图4示意性地示出了本发明实施例提供的一种阴极热子组件的结构示意图，包括图4a和图4b。

如图4b所示，该阴极热子组件11包括阴极111，阴极111为平面对称结构，包括两个矩形阴极发射面1111，设置在阴极111的对称平面的两侧，每个矩形阴极发射面1111的第一长边与阴极111的一侧边缘重合，矩形阴极发射面1111为第一长边向对称平面进行延伸而成，延伸的平面不垂直或平行于对称平面，延伸的方向为远离阴极热子组件11的方向。

本实施例中，阴极111还包括矩形区域面，设置在两个矩形阴极发射面1111所围成的中间区域，用于为两个矩形阴极发射面1111传递热量；熔融热子112，紧贴矩形区域面远离矩形阴极发射面1111一端的表面。

本实施例中，阴极热子组件11还包括多层底热屏113，设置在熔融热子112远离矩形区域面的一端，用以托举熔融热子112；热子筒115，一端与阴极111的边缘连接，用以容纳熔融热子112；热子筒底盖114，设置在热子筒115的内部，并与多层底热屏113远离熔融热子112的一端连接。

本实施例中，该阴极热子组件11还包括两个矩形条状凸榫1112，分别设置在两个第一长边向阴极热子组件11远离阴极111的一端延伸的平面中，平行并紧贴于两个第一长边。

如图3所示，该阴极111还包括支撑筒117，与热子筒115远离阴极111的一端连接，支撑筒117在靠近阴极111的一端设置有两个台阶；侧热屏116，设置在支撑筒117的台阶处，可以有效阻挡热子筒115侧壁向外辐射的热量。

本实施例中，在热子筒115的下部和支撑筒117上部的侧壁上开有隔热槽以增加热阻，减小热量沿着金属零件向下传导。

本实施例中，采用了将钨铼热丝和绝缘瓷烧结为一体的圆柱形熔融热子112，并设置侧热屏116和底热屏113进一步抑制热量在钼支撑筒117侧面和底面两个方向的散失。

本实施例中，熔融热子112、多层底热屏113、热子筒115、热子筒底盖114、支撑筒117都为第一形状，第一形状包括圆形或圆角矩形，当第一形状为圆形时，支撑筒117的形状为圆形，当第一形状为圆角矩形时，支撑筒117连接热子筒115的一端为圆角矩形，远离热子筒115的一端为圆形，各个零件的形状有利于借助成熟工艺简化装配过程。

返回图2，该阴极聚焦极组件1还包括聚焦极12，设置在阴极热子组件11的表面。

图5示意性地示出了本发明实施例提供的一种聚焦极的结构示意图，包括图5a和图5b。

如图5a所示，该聚焦极12包括两个矩形空槽121，设置在聚焦极12靠近阴极111的一端，用以容纳两个矩形阴极发射面1111，其中两个矩形空槽121的第二长边贴近于两个矩形阴极发射面1111的第一长边。

本实施例中，矩形阴极发射面1111的4个边与矩形空槽121的对应的4个边间隔相同的第一长度，第一长度为5～10丝。由于本发明提供的电子枪内圆柱形热子无法与条带状发射面直接配合，因此需要通过位于阴极中部的矩形区域进行热量传递。而通过在矩形阴极发射面1111与矩形空槽121之间留有相同的缝隙，能够使得该结构在尽量减小传导热损耗的情况下，尽量避免电子的发射状态受到电场畸变的较大影响。

本实施例中，聚焦极12还包括过渡环124，设置在聚焦极12远离阴极111的一端，过渡环124内侧用以与支撑筒117连接，外侧则与电子枪引线支撑筒5相配合；隔热槽125，设置在聚焦极12的表面，用以减小热量的损耗。

如图5b所示，聚焦极12还包括两个直角台阶122，分别平行并紧贴于两个第二长边，用以与两个矩形条状凸榫1112滑配，从而确保阴极面1111能够与矩形空槽121的所在斜面处于同一平面内；两条矩形长槽123，分别紧贴并平行于两个矩形空槽121中与第二长边平行的两个第三长边，用以固定热屏13。

返回图2，该阴极聚焦极组件1还包括热屏13，设置在阴极111表面与聚焦极12靠近阴极111一端表面的中间，用以遮挡不发射电子的阴极111的矩形区域面，有效地阻断热辐射降低损耗。

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，所应理解的是，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。