[发明专利]椭圆形带状注电子枪

说明书

技术领域

本发明属于真空电子器件领域，特别是一种椭圆带状注电子枪，该电子枪尤其适合与行波管、返波管等配套用。

背景技术

随着真空电子技术的发展，当传统的“O”型真空电子器件向毫米波以及更高波段发展时，由于工作频率的增加，器件的尺寸将变得越来越小，加工相应地就变得越来越困难；另外，由于空间电荷效应的限制，此类器件的电流密度的提高受到制约，其功率容量必然受到限制，进而导致器件的整体性能随着工作频率的提高而急剧下降。相对于传统的“O”型真空电子器件而言，带状注真空电子器件具有以下明显的优点：其一.由于结构简单，因而加工相对容易；其二.由于可以以较小的尺寸传输大电流，因而具有较大的输出功率；其三.由于带状电子注更靠近高频结构，因而有利于扩大互作用区域、对提高真空电子器件的效率有利。带状注真空电子器件由于具有上述的优点，在未来的大功率、高频率和小型化的发展趋势中具有明显的优势，从而引起了人们越来越多的关注和研究。

目前，带状电子注的产生主要有直接法和间接法。直接法是利用带状注电子枪直接产生带状电子注，带状注电子枪分为椭圆带状注电子枪和矩形带状注电子枪；间接法是利用圆形注电子枪加上非对称螺旋透镜产生带状电子注。在申请号为200810224901.3、发明名称为《一种椭圆形带状注电子枪结构》的专利文献公开了一种适用于W(75GHz-110GHz)波段带状注速调管的椭圆带状注电子枪，该电子枪包括：椭圆形柱面结构的阴极，内部空心椭圆渐变、外部跑道形状结构的聚焦电极，阳极头以及外壳。该电子枪在用于带状注速调管时、虽然在W波段具有高功率输出、体积小和结构紧凑等优点，但同时却存在：其一.该发明的带状注电子枪是采用皮尔斯方法设计的，其阴极的发射面为凹形柱面，因而当阴极尺寸较小时，凹形柱面阴极所产生电子注的电流密度将变得不均匀；其二.为与凹形柱面阴极配套、所采用的椭圆渐变的聚焦极，不但结构复杂，而且用于小尺寸阴极所发射的电子注聚焦时、其电子注边缘的轨迹将发生交叉，而导致层流性变差；其三.随着频率的增加，电子枪尺寸变得更小，该电子枪对其阴极发射面、聚焦极以及阳极头的椭圆锥孔的精度要求更高，椭圆形锥孔的加工难度大，不利于器件的小型化及工作频率的提高；其四.此类电子枪通常采用钡、钨材料作阴极、不但发射的电流密度低，如：钨(W)阴极的工作温度为2500K～2700K，发射电流密度为0.26～1.5A/cm²；氧化物阴极((Ba·Sr·Ca)O)的工作温度为900K～1000K，发射电流密度为0.81～5.0A/cm²；浸渍钡钨阴极(BaO-W)工作温度为1000K～1200K，发射电流密度为0.33～5.1A/cm²，而且此类阴极在高温条件下工作，其阴极的蒸发率高、使用寿命短。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，改进设计一种椭圆形带状注电子枪，以达到在确保电子枪的高输出功率的同时、简化其结构、有效降低加工难度及生产成本，实现器件小型化、有效提高器件的工作频率及电子注的电流密度，以及延长电子枪的使用寿命等目的。

本发明的解决方案是在背景技术基础上，将阴极发射面改为平面、同时采用轴截面为矩形的四棱锥孔作为聚焦极上的聚焦孔、采用椭圆柱孔作为阳极孔；从而在确保电子注的电流密度均匀及提高电子注的电流密度的基础上，简化其结构、有效降低加工难度及生产成本，实现器件小型化，提高电子枪的工作频率，延长其使用寿命；并采用具有更强电流发射能力的六硼化镧(LaB₆)作为电子枪的阴极以提高其电流发射的密度；本发明即以此实现其发明目的。因此本发明椭圆形带状注电子枪包括壳体及设于壳体内的电热丝，带阴极头的阴极组件，聚焦极组件及位于壳体输出端口的带阳极孔的阳极，关键在于带阴极头的阴极组件还包括阴极头固定筒，设有内、外隔热筒的连接套及阴极组件固定座，而阴极头为椭圆柱体、其发射面为平面；聚焦极组件包括设有聚焦孔的聚焦极及其固定筒、聚焦极组件固定座，其中聚焦孔为轴截面呈矩形的四棱锥孔；所述带阳极孔的阳极、其阳极孔为椭圆柱孔；阴极组件中的阴极头与阴极头固定筒焊接成一体、并通过连接套及阴极组件固定座与壳体紧固成一体，聚焦极与其固定筒焊接后、通过聚焦极组件固定座与壳体紧固成一体，而阳极则与壳体的输出端口紧固连接成一体，电热丝正极与固定于壳体上的连接板连接、并通过该连接板与外电源连接。