[发明专利]一种基于微波放电和空心阴极效应的阴极

说明书

本发明涉及一种基于微波放电和空心阴极效应的阴极，属于空间电推进领域，包括引出极、阴极顶陶瓷、发射体阴极管、微波馈入天线、微波接口结构、永磁铁磁路、供气结构及阴极负极、微波接口结构和阴极引出孔；引出极在阴极顶陶瓷的上方，阴极顶陶瓷上设置阴极引出孔，引出极的中心开孔与阴极引出孔同轴设置，阴极顶陶瓷下方设置发射体阴极管，永磁铁磁路同轴套设在发射体阴极管外侧，微波馈入天线设置在发射体阴极管下方，且天线的一端伸入发射体阴极管内，另一端连接微波接口结构；发射体阴极管下方设置有供气结构及阴极负极，供气结构及阴极负极与发射体阴极管电位相连，且设置供气管道与发射体阴极管内连通。本发明提高了功率的利用率。

技术领域

本发明涉及空间电推进技术领域，特别是涉及一种基于微波放电和空心阴极效应的阴极。

背景技术

阴极广泛应用于空间电推力器的羽流中和以及航天器工作过程中结构的电位控制。在常见的霍尔电推力器和离子电推力器中，推力器产生的羽流通常为携带正电荷的离子束，为避免离子束对航天器带来电荷累积影响，以及提供部分推力器工作需要的源电子，需要令阴极与电推力器匹配工作。空心阴极是航天器阴极中应用最广泛，技术相对成熟的一种。

空心阴极的工作原理在于：发射体形成的阴极管内，由于顶部限流引出孔的作用下，阴极管内压力较高，当阴极管内形成等离子体放电时，发射体表面形成尺度为亚微米的等离子体鞘层，使局部产生强电场，致使场增强热电子发射。发射的初始电子在鞘层电位加速下在阴极管内空间震荡，与中性气体原子碰撞，维持电离，在空心阴极下游引出级(触持极)的作用下引出电子。

近年来，电推力器的兴起和广泛应用对于阴极提出了更多不同的型号需求，其中，微小电推进是国际上研究的热点。而目前最常用的直流加热空心阴极，其工作功率通常在几十瓦量级，气体流量消耗通常在1sccm以上，难以应用于微小电推进以及日益兴起的微纳卫星上。由于微纳卫星、微小电推进的需求牵引，低功率、低气体消耗、高发射电流的阴极的需求越来越迫切。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微波放电和空心阴极效应的阴极，提高了功率的利用率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于微波放电和空心阴极效应的阴极，包括引出极、阴极顶陶瓷、发射体阴极管、微波馈入天线、微波接口结构、永磁铁磁路、供气结构及阴极负极、微波接口结构和阴极引出孔；

所述引出极固定在所述阴极顶陶瓷的上方，所述阴极顶陶瓷上设置有所述阴极引出孔，所述引出极中心开孔，且所述引出极的中心开孔与所述阴极引出孔同轴设置，所述阴极顶陶瓷下方设置发射体阴极管，所述发射体阴极管与所述阴极引出孔同轴设置，所述永磁铁磁路同轴套设在所述发射体阴极管外侧，所述永磁铁磁路用于在所述发射体阴极管内形成设定磁场，所述微波馈入天线设置在所述发射体阴极管下方，且所述微波馈入天线的一端伸入所述发射体阴极管内，所述微波馈入天线的另一端连接所述微波接口结构，所述微波接口结构用于输入微波，所述发射体阴极管下方设置有供气结构及阴极负极，所述供气结构及阴极负极与所述发射体阴极管电位相连，且所述供气结构及阴极负极内设置供气管道，所述供气管道与所述发射体阴极管内连通。

可选地，还包括外壳结构，所述外壳结构用于固定阴极顶陶瓷、所述永磁铁磁路、供气结构及阴极负极和微波接口结构。

可选地，还包括绝缘陶瓷，所述绝缘陶瓷用于所述供气结构及阴极负极与所述外壳结构之间的绝缘。

可选地，所述发射体阴极管的材料为钡钨或者六硼化镧。

可选地，所述永磁铁磁路在所述发射体阴极管内形成的磁场包含与输入微波频率匹配形成电子回旋共振的磁场强度区域；

所述电子回旋共振的磁场强度区域与所述微波馈入天线相交。

可选地，所述引出极的中心开孔的直径大于所述阴极引出孔的直径。