[發明專利]一種帶軸向信號輸入的會切磁場大回旋電子槍

無效

• 申請號: 200910060291.2
• 申請日: 2009-08-07
• 公開（公告）號: CN101620968A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 趙青;孫旭;吳浠橋;劉建衛
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01J25/02
• 分類號: H01J25/02;H01J23/06;H01J23/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心
• 代理人: 詹福五

技術領域

本發明屬于微波毫米波技術領域中與回旋放大器(回旋脈塞器)配套用電子槍，特別是一種設有軸向(微波、毫米波)信號輸入波導管的會切磁場大回旋電子槍。

背景技術

回旋放大器作為大功率毫米波、亞毫米波的新型器件，自問世以來已得到迅速發展，回旋器件的系列產品已研制成功，其波段已到毫米波及亞毫米波段，功率高達數兆瓦，平均功率已達到數百千瓦，在毫米波波段，這是普通微波管所不能比擬的。但是當回旋放大器進一步向更高頻段發展時，則由于頻帶較窄，轉換效率較低以及因工作磁場隨頻率的增加而增加，以至毫米波普通回旋放大器工作磁場高達萬高斯以上，強磁場導致設備龐大、成本昂貴、操作繁雜，難以小型化等問題。從而大大地限制了回旋放大器在諸如常規雷達、受控核聚變等方面的應用?；匦糯笃?回旋脈塞器)包括電子槍(大回旋CUSP電子槍也稱為繞軸旋轉電子槍)及與之連成一體的諧振腔，傳統的回旋放大器主要采用常規的磁控注入電子槍和在諧振腔(互作用段)橫(徑)向輸入信號的方式；其中電子槍提供一個初始層流性好的電子注，該電子注具有一定的初始旋轉能量及盡可能小的速度零散等；但由于初始的旋轉能量不足，因此，在繼后的諧振腔(互作用段)使電子注通過一縱向磁場增大的漂移運動實現其絕熱壓縮、進一步提高電子的旋轉能量。在諧振腔內，由磁控注入電子槍產生的螺旋電子注在此區間與橫向輸入的信號發生能量交換，電子注將橫向能量轉變為縱向能量并疊加于波場中，將輸入的微波或毫米波信號放大后輸出。此類回旋放大器將初始電子注的產生與信號輸入分別在兩個相對獨立的部件內進行，其中，電子槍雖然具有結構簡單、功能單一，所提供的初始電子注層流性好等特點；但由于在諧振腔(互作用段)采用橫向輸入信號，因而必須在諧振腔外環面上徑向設置用于信號輸入的波導管，從而不但增大了回旋放大器的半徑及體積，使其難以小型化，也增加了與之配套的超導永磁體及其循環冷卻系統等外設裝置的設計和加工工藝的難度，同時也給高性能回旋脈塞器件的設計帶來諸多不便。因而，上述電子槍存在功能單一，只能與設有橫向(信號輸入)波導管的諧振腔(互作用段)配套制成回旋放大器，所制成的回旋放大器(脈塞器)體積大、且難以小型化，同時也給高性能回旋放大器的設計帶來困難等。

發明內容

本發明的目的是針對背景技術存在的弊病，改進設計一種帶軸向信號輸入的會切磁場大回旋電子槍，在增設軸向信號輸入波導管及模式轉換機構的基礎上、擴大(繞軸旋轉)電子槍的功能；即采用電子槍陰極同軸信號輸入，陽極后過渡段進行模式轉換的信號輸入方式，有效縮小與之配套的諧振腔(互作用段)和整套回旋放大器(脈塞器)的體積，實現回旋放大器小型化并降低高性能回旋大器件的設計難度等目的。

本發明的解決方案是針對背景技術存在的弊端，在傳統電子槍的基礎上，在電子槍后端陰極上增設一根與其同軸線的、用于信號輸入的波導管；將原采用由諧振腔(互作用段)橫(徑)向輸入信號、改為由電子槍后端陰極中心軸向輸入，同時在陽極頭末段的腔體內壁上增設一螺旋狀的模式轉換機構，當(微波、毫米)波信號從電子槍陰極中心軸向輸入電子槍內，在陽極頭末段內置的模式轉換機構中得到高效轉換(TE_mn-TE₁₁模式)，然后再送入諧振腔作后續放大處理；以此擴大了電子槍的功能、有效地縮小與之配套的諧振腔和整套回旋放大器的體積；本方案中信號雖然是從電子槍后端軸向輸入，但此時電子注剛發射出來(形成)，其回旋頻率還遠遠沒有達到諧振條件，在電子槍內所形成(產生)的電子注與輸入信號的高頻場之間相互影響極小，可確保輸入信號的質量和電子注參數的穩定性。因此，本發明大回旋電子槍包括作為陽極的電子槍體及設于槍體內的陽極頭、過渡段(腔)，位于槍體后端并與槍體同一軸線設置的陰極，以及將陰極與槍體連接成一體的陶瓷環，關鍵是在陰極的軸心線位置還設有一中心孔及其用于信號輸入的波導管，而在陽極頭與過渡段(腔)之間還增設有一螺旋狀模式轉換機構；波導管與設于陰極上的中心孔固定聯接并與電子槍的內腔連通，而模式轉換機構則直接設于陽極頭與過渡段(腔)之間的電子槍腔體的內壁上。

上述螺旋狀模式轉換機構為2-6個螺距(波段)的螺旋轉換機構。而螺旋轉換機構的螺旋槽的軸向曲面為余弦面、即軸截面上的輪廓線為余弦線。