一種真空電子器件中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種真空電子器中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極，包括寬度和厚度以及前端到后端的長度合適的即合乎真空電子器件設(shè)計(jì)要求的導(dǎo)體薄片。當(dāng)施加電壓較高時(shí)，導(dǎo)體薄片前端電場強(qiáng)度大，將電子從導(dǎo)通薄片上拉出來，當(dāng)施加電壓再進(jìn)一步增加時(shí)，導(dǎo)通薄片前端產(chǎn)生等離子體，強(qiáng)電場從等離子體中拉出更大的電流，形成帶狀電子注。當(dāng)電流較大時(shí)，從等離子體中拉出來的電流不僅沿磁力線向前前進(jìn)，向后流動(dòng)的電流將會(huì)打在該斜面體上，從能量角度來說，向后電流打在該斜面體上電位沒有變化，故而無能量損耗。本發(fā)明提出的真空電子器中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極，具有效率高，電流大的特點(diǎn)。同時(shí)具有成本低，加工裝配容易的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種真空電子器件中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于真空電子器件【技術(shù)領(lǐng)域】，更為具體地講，涉及行波管、返波管、返波振蕩器、自由電子激光、奧羅管等真空電子器件中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進(jìn)步，對(duì)真空電子器件的需求趨向于更高的功率和頻率，因此能夠產(chǎn)生大功率，高頻率輸出的帶狀電子注真空電子器件成為了國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。
[0003]然而，帶狀電子注行波管、返波管、返波振蕩器、自由電子激光、奧羅管等應(yīng)用帶狀電子注的真空電子器件都面臨一個(gè)關(guān)鍵問題，即如何產(chǎn)生帶狀電子注。
[0004]國內(nèi)外各個(gè)研究小組提出了多種不同的方法:1)利用絨布爆炸發(fā)射，然后采用縫隙陽極，剪切電子注，實(shí)現(xiàn)帶狀電子注。2)利用三維軟件直接設(shè)計(jì)熱陰極二極管，直接發(fā)射產(chǎn)生帶狀電子注。但是，這兩種方法都有各自的缺點(diǎn)，絨布爆炸發(fā)射然后用陽極剪切將使得二極管發(fā)射效率降低。而直接設(shè)計(jì)的熱陰極二極管發(fā)射電流小，工藝裝配困難，成品率低，成本高。
[0005]在2012年04月04日公布的、申請(qǐng)公布號(hào)為CN102403179A、名稱為“一種高功率矩形截面帶狀注電子槍的結(jié)構(gòu)”中公布了一種具有一定曲率的矩形柱面結(jié)構(gòu)的陰極，其需要在陰極和陽極之間設(shè)置一個(gè)方框性結(jié)構(gòu)的聚焦極，聚焦極有在窄、寬兩邊的兩個(gè)橫方向，各具有一定傾角的聚焦平面拼接而成。陽極為具有帶錐度中空通道的結(jié)構(gòu)，陽極頭固設(shè)與陽極支撐桶內(nèi)底面中心；矩形柱面陰極周緣與方框形聚焦極底部矩形中空方框配合，陰極和聚焦極位于陽極支撐筒內(nèi)，聚焦極的兩個(gè)對(duì)稱面與陽極的兩個(gè)對(duì)稱面平行且二者的中軸線重合，聚焦極與陽極之間有一定的距離。該電子槍產(chǎn)生帶狀電子注的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，也不便于加工和安裝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種真空電子器中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極，以提高發(fā)射的效率，增強(qiáng)發(fā)射電流，同時(shí)，降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，降加工制造成本。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明真空電子器中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極，其特征在于，包括:
[0008]一導(dǎo)體薄片，其寬度和厚度、前端到后端的長度根據(jù)具體的真空電子器件的要求確定；前端與陽極相對(duì)應(yīng)；
[0009]一個(gè)由導(dǎo)體制成的返流控制斜面體，該斜面體具有兩個(gè)斜面，均與導(dǎo)體薄片的后端連接，連接處為返流控制斜面體的前端，一個(gè)斜面自連接處向后延伸、向上傾斜，另一個(gè)斜面自連接處向后延伸、向下傾斜，斜面傾斜的角度根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整；返流控制斜面體是實(shí)心或空心結(jié)構(gòu)；返流控制斜面體的后端為電源負(fù)極連接端。
[0010]本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0011]本發(fā)明真空電子器中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極，包括寬度和厚度以及前端到后端的長度合適的即合乎真空電子器件設(shè)計(jì)要求的導(dǎo)體薄片。當(dāng)陰陽極施加一定的電壓時(shí)，直接應(yīng)用該導(dǎo)通薄片實(shí)現(xiàn)帶狀電子注的發(fā)射。當(dāng)施加電壓較高時(shí)，導(dǎo)體薄片前端電場強(qiáng)度大，將電子從導(dǎo)通薄片上拉出來，當(dāng)施加電壓再進(jìn)一步增加時(shí)，導(dǎo)通薄片前端產(chǎn)生等離子體，強(qiáng)電場從等離子體中拉出更大的電流，形成帶狀電子注。當(dāng)從導(dǎo)體薄片拉出電流時(shí)，預(yù)先建立沿導(dǎo)體薄片方向的磁力線，發(fā)射電流則沿著磁力線前進(jìn)。當(dāng)電流較大時(shí)，從等離子體中拉出來的電流不僅沿磁力線向前前進(jìn)，也有部分電流會(huì)沿磁力線向后前進(jìn)，故而在導(dǎo)體薄片后增加一斜面體，此斜面體為導(dǎo)體，實(shí)心或空心均可，向后流動(dòng)的電流將會(huì)打在該斜面體上，從能量角度來說，向后電流打在該斜面體上電位沒有變化，故而無能量損耗。
[0012]與現(xiàn)有的帶狀電子注產(chǎn)生技術(shù)相比，本發(fā)明提出的真空電子器中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極還具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0013]1、高效率
[0014]本發(fā)明提出的用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極，直接發(fā)射帶狀電子注，然后通過縫隙狀陽極。在陰極足夠薄的情況下，帶狀電子注通過率可以高達(dá)100%。而前面提到的絨布爆炸發(fā)射，然后采用縫隙陽極，剪切電子注，實(shí)現(xiàn)帶狀電子注的方式相比，絨布爆炸發(fā)射方式由于大部分電子都打在陽極上，使得其只有少量電子通過縫隙陽極，故而該方式效率低。其次，當(dāng)電流較大時(shí)，有部分電子沿磁力線向后流動(dòng)，此時(shí)斜面導(dǎo)體將擋住向后流動(dòng)的電子，降低的返流的損耗，故而提高了整個(gè)陰極的效率。
[0015]2、發(fā)射電流大
[0016]本發(fā)明提出的用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極，直接在強(qiáng)電場情況下拉出電流，當(dāng)電場強(qiáng)度足夠強(qiáng)時(shí)，導(dǎo)體薄片前端將形成等離子體，能夠發(fā)射高達(dá)百千安的電流。而上述利用三維軟件設(shè)計(jì)熱陰極二極管，發(fā)射帶狀電子注的方式，由于發(fā)射電流密度低(<50A/cm2)，發(fā)射面較小，根本無法發(fā)射千安級(jí)的電流。故而本發(fā)明提出的用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極，具有發(fā)射電流大的優(yōu)點(diǎn)。
[0017]3、結(jié)構(gòu)簡單、成本低
[0018]本發(fā)明提出的用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極，由導(dǎo)體薄片和抑制返流的斜面體構(gòu)成，在實(shí)際加工中，導(dǎo)體薄片和斜面體可以一體化加工，具有加工成本低的優(yōu)勢。
[0019]4、裝配容易
[0020]本發(fā)明提出的用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極還具有裝配容易的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際加工和裝配過程中，返流控制斜面體后加工一螺紋或銷作為電源負(fù)極連接端，可以直接方便的接入到電源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明真空電子器中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是圖1所示真空電子器中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極和斜面陽極實(shí)現(xiàn)帶狀電子注產(chǎn)生的示意圖；
[0023]圖3是圖1所示真空電子器中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極和鑰網(wǎng)陽極實(shí)現(xiàn)帶狀電子注產(chǎn)生的示意圖；
[0024]圖4是返波振蕩器中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極?！揪唧w實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會(huì)淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。
[0026]圖1是本發(fā)明真空電子器中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]在本實(shí)施例中，如圖1所示，本發(fā)明真空電子器中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極包括導(dǎo)體薄片I以及由導(dǎo)體制成的返流控制斜面體2。
[0028]導(dǎo)體薄片I的寬度和厚度、前端101到后端102的長度根據(jù)具體的真空電子器件的要求確定；前端101與陽極向?qū)?yīng)。
[0029]由導(dǎo)體制成的返流控制斜面體2具有兩個(gè)斜面，均與導(dǎo)體薄片I的后端102連接，連接處為返流控制斜面體的前端201,—個(gè)斜面自連接處向后延伸、向上傾斜,另一個(gè)斜面自連接處向后延伸、向下傾斜，斜面傾斜的角度根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整；返流控制斜面體2可以是實(shí)心的，也可以是空心的；返流控制斜面體的后端202有電源負(fù)極連接端。
[0030]在本實(shí)施例中，如圖1所示，導(dǎo)體薄片I的前端101斷面為突起的弧線結(jié)構(gòu)，這樣更有利于帶狀電子注的穩(wěn)定產(chǎn)生。
[0031]圖2是圖1所示真空電子器中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極和斜面陽極實(shí)現(xiàn)帶狀電子注產(chǎn)生的示意圖。
[0032]在本實(shí)施例中，圖2 (a)所示為用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極與陽極的位置關(guān)系圖，其中，導(dǎo)體薄片I的寬為15mm,厚為0.5mm,長為IOmm,返流控制斜面體2的斜面寬為15mm,角度為60°，高為10_，兩者相連接形成用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極。在本實(shí)施例中，如圖2 (a)所示，陽極3利用帶斜面的縫隙構(gòu)成。
[0033]圖2 (b)為帶狀電子注產(chǎn)生時(shí)的仿真示意圖。在陰陽極施加電壓時(shí)，導(dǎo)體薄片I前端101拉出帶狀電子注4，進(jìn)入陽極3內(nèi)通道。仿真實(shí)現(xiàn)電流lkA，流通效率100%。
[0034]在具體實(shí)施過程中，設(shè)計(jì)合適寬度的導(dǎo)體薄片I以及合適斜率的返流控制斜面體2用于控制返流時(shí),斜面體2的兩個(gè)斜面向后延伸時(shí)，寬度逐步變寬，從而能夠?qū)⒆笥覂啥说姆盗饕餐瑫r(shí)抑制。陰極接電源負(fù)極，當(dāng)陰陽極施加一定電壓時(shí)，導(dǎo)體薄片I薄片前端電場集中，增大，從而從導(dǎo)體薄片I前端拉出電子注，被拉出的電子注在磁場中傳輸，有一部分電子注沿磁力線反方向流動(dòng)，此時(shí)設(shè)計(jì)合適的斜面將擋住該部分返流電子注。
[0035]圖3是圖1所示真空電子器中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極和鑰網(wǎng)陽極實(shí)現(xiàn)帶狀電子注產(chǎn)生的示意圖。
[0036]在本實(shí)施例中，如圖3所示，導(dǎo)體薄片I的寬為20mm，厚為0.5mm，長為20臟，返流控制斜面體2的斜面寬為角度45°，高為15mm，寬為30mm，兩者相連接形成用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極。陽極3為縫隙和鑰絲網(wǎng)構(gòu)成，陰陽極施加電壓時(shí)，帶狀電子注發(fā)射，透過鑰絲網(wǎng)，進(jìn)入陽極3內(nèi)通道。
[0037]圖4是返波振蕩器中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極結(jié)構(gòu)以及實(shí)際產(chǎn)生的帶狀電子注的截面圖。
[0038]在本實(shí)施例中，圖4 (a)所示為返波振蕩器中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極結(jié)構(gòu)圖。用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極采用不銹鋼一體加工而成，為實(shí)體結(jié)構(gòu)。導(dǎo)體薄片I寬為30_，厚為0.5mm，長為20mm，返流控制斜面體2斜面的角度45°，高為10mm，兩者相連接形成陰極，返流控制斜面體2的后端接長IOmm的M6螺紋5，作為電源負(fù)極連接端，便于和電源連接。
[0039]圖4 (b)所示為實(shí)際產(chǎn)生的帶狀電子注的截面圖。在本實(shí)施例中，該用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極實(shí)現(xiàn)了 160kV，2kA的帶狀電子注，如圖4 (b)所示電子注寬30mm、厚1mm，通過陽極內(nèi)通道效率大于80%。
[0040]從上述具體測試來看，本發(fā)明提出的真空電子器中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極，具有效率高，電流大的特點(diǎn)。同時(shí)具有成本低，加工裝配容易的優(yōu)點(diǎn)。
[0041]盡管上面對(duì)本發(fā)明說明性的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，以便于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對(duì)本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【權(quán)利要求】
1.一種真空電子器中用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極，其特征在于，包括: 一導(dǎo)體薄片，其寬度和厚度、前端到后端的長度根據(jù)具體的真空電子器件的要求確定；前端與陽極相對(duì)應(yīng)； 一個(gè)由導(dǎo)體制成的返流控制斜面體，該斜面體具有兩個(gè)斜面，均與薄片的后端連接，連接處為返流控制斜面體的前端，一個(gè)斜面自連接處向后延伸、向上傾斜，另一個(gè)斜面自連接處向后延伸、向下傾斜，斜面傾斜的角度根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整；反流控制斜面體可以是實(shí)心的，也可以是空心的；返流控制斜面體的后端為電源負(fù)極連接端。
2.權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生帶狀電子注的陰極，其特征在于，所述的斜面體的兩個(gè)斜面向后延伸時(shí)，寬度逐步變寬，從而能夠?qū)⒆笥覂啥说姆盗饕餐瑫r(shí)抑制。
【文檔編號(hào)】H01J23/04GK103745900SQ201410016252
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】王戰(zhàn)亮, 劉帥紅, 宮玉彬, 魏彥玉, 王少萌, 許雄, 馮進(jìn)軍, 劉振邦 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)