[发明专利]一种基于冷阴极的多极多电子注辐射源

说明书

本发明属于微波、毫米波以及太赫兹频段电真空器件领域，具体提供一种基于冷阴极的多极多电子注辐射源。本发明主要包括阴极挡板、辐射源芯、馈电系统、金属外壳以及输出窗片；通过多级发射和多极调制的方式，充分利用高频结构中部较强的高频场作用在冷阴极表面，从而增加发射电流并加深电子注调制深度，使得电子注有显著的预调制效果。本发明能够得到非常优质的场发射预调制电子注，注波互作用效率得到了明显改善，输出功率明显提高；无需电子光学系统这一优势很大程度地减小了器件的复杂度，通过精细加工，器件尺寸可以达到微米量级，实现毫米波、亚毫米波、太赫兹辐射源的集成性和小型化。

技术领域

本发明属于微波、毫米波以及太赫兹频段电真空器件领域，具体为一种基于冷阴极的纵向多极多电子注的辐射源。

背景技术

真空电子辐射源因为其高功率和高频率使其在雷达，通信以及粒子加速系统等方面得到广泛应用。传统的电真空辐射源器件中电子枪一般采用热发射阴极系统，经过几十年的发展，热发射阴极工艺已非常成熟；然而，由于热阴极需要大的工作电压，很高的操作温度，器件易受损以及启动时间长使其在真空电子辐射源的应用中受限。固态辐射源器件迅速发展并在许多领域中向真空器件发起了挑战，它们体型小，工作电压低，可室温下操作以及易集成等特点使其非常具有优势；然而固态器件也有一些限制，比如较差的抗干扰性能，对输入辐射的有害响应，以及在毫米波和太赫兹频段较低的输出功率等。微型电真空辐射源器件有望解决上述两类器件存在的问题，相比热阴极电真空器件它具有体积小、可集成等特点，相比固态辐射源器件它具有抗干扰、耐辐射能力强，同时，输出功率大等特点。

场发射冷阴极是微型电真空辐射源器件的理想电子发射源，与热电子发射相比，它功耗低、可集成、尺寸小、响应速度快；与固态器件相比，它抗干扰，耐辐射能力强，功率大；并且，场致发射冷阴极不需要加热，而是靠外加强电场来降低发射端面势垒高度，电子通过隧道效应从发射端面处逸出形成了场致发射。

随着微波电真空器件向着太赫兹频段发展，由于频率越高，波长越小，导致器件的尺寸也必须越来越小；一方面会带来制造和装配上的困难，另一方面也使得电子注与高频场产生互作用的空间和时间越来越小，使得电子注的速度和密度调制不充分，器件输出功率受到限制。为了发展可集成的真空微电子辐射源，注波互作用的影响成为了关键技术难点，真空微电子器件体积通常很小同时电子注速度又比较快，有限的互作用时间使得调制电子注从高频场吸收的能量有限。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题提出了一种基于冷阴极的新型多极多电子注辐射源，解决了集成化、抗干扰、输出功率和注波互作用的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于冷阴极的多极多电子注辐射源，包括：阴极挡板、辐射源芯、馈电系统、金属外壳以及输出窗片；其特征在于，

所述阴极挡板1的中心与辐射源芯相连接，外围通过绝缘体8连接于金属外壳9一端，所述输出窗片封装于金属外壳9另一端；

所述馈电系统包括：金属导线7、电极12及绝缘介质，所述阴极挡板上开有若干小孔，金属导线穿过小孔一端连接辐射源芯、另一端连接电极，金属导线与阴极挡板之间通过绝缘介质相绝缘；

辐射源芯包括：冷阴极发射面、慢波结构4、收集极5和介质外壳6，其中，

所述慢波结构为耦合腔结构，由M个周期性金属盘片分割为M+1个腔室，各金属盘片中心位置开设电子注通道、且围绕电子注通道设置有耦合孔，每个盘片分别与金属导线连接，且金属盘片之间互相不连接、于每个腔室的侧壁上形成辐射缝；各金属盘片通过金属导线加上不同的电压；所述慢波结构由介质外壳6所包围，所述周期性金属盘片固定于介质外壳6上；

所述收集极的数量为N个、N≤M+1，其中，第1个收集极作为慢波结构的端面、固定于介质外壳上，第2至第N个收集极随机设置于M个金属盘片上、且均位于金属盘片中心位置的电子注通道处；