[發明專利]一種適用于帶狀注行波管的新型可調磁聚焦系統

有效

• 申請號: 202010150361.X
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111383873B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 段兆云;江勝坤;羅恒宇;麥爾丹·吾拉木;唐濤;王戰亮;鞏華榮;宮玉彬
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01J23/087
• 分類號: H01J23/087;H01J25/34
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

本發明提供了一種適用于帶狀注行波管的新型可調磁聚焦系統，屬于真空電子技術領域。該新型可調磁聚焦系統包含周期會切磁場聚焦系統和磁聚焦系統固定裝置，本發明設計的一種新型可調磁聚焦系統，通過在第一永磁體的Y方向上加載交錯的第二永磁體，從而在帶狀電子注通道產生By磁場，用以抵消帶狀電子注在X方向的空間電荷力；此外，本發明提出了適用于上述新型可調磁聚焦系統的固定裝置，在該磁聚焦系統固定裝置中，交錯的第二永磁體在X方向具有一定的可調空間。因而，該新型可調磁聚焦系統具有小型化、制作成本低以及可調等優點。

技術領域

本發明屬于真空電子技術領域，具體涉及一種適用于毫米波及太赫茲頻段的帶狀注行波管的磁聚焦系統。

背景技術

帶狀電子注具有大的橫截面尺寸、高的直流功率、低的空間電荷效應等顯著優點，采用帶狀電子注作為電子源的毫米波及太赫茲頻段真空電子器件具有更高的輸出功率。因此，帶狀電子注在毫米波及太赫茲真空電子器件領域得到了廣泛的關注。帶狀電子注成形可以由經典的皮爾斯電子槍實現，在均勻磁場或者周期會切磁場的聚焦作用下傳輸，從而為真空電子器件的信號產生或放大提供了穩定的直流功率。帶狀注行波管是一種具有高功率、寬帶寬、高效率、高增益等特點的一類新型真空電子器件，有著廣闊的應用前景，但是它面臨帶狀電子注更難聚焦這一挑戰。隨著工作頻率的提高，如0.22THz、0.34THz等，真空電子器件的尺寸減小，所需的帶狀注電子槍和磁聚焦系統的加工和裝配精度要求特別高(微米量級)，這將導致帶狀電子注的成形與傳輸更加困難。

在毫米波及太赫茲頻段，關于帶狀注行波管的熱測實驗鮮有報道，國內外研制成功的兩支帶狀注行波管分別為電子科技大學的Ka波段帶狀注行波管(X.Shi et.al.,“Theoretical and experimental research on a novel small tunable PCM system instaggered double vane TWT,”IEEE Transactions on Electron Devices,vol.62,no.12,pp.4258-4264,Dec.2015.)和美國加州大學戴維斯分校的G波段帶狀注行波管(A.Baig et al.,“Performance of a Nano-CNC machined220-GHz traveling wave tubeamplifier,”IEEE Transactions on Electron Devices,vol.64,no.5,pp.2390-2397,May2017.)，熱測實驗結果均有100W功率輸出。帶狀注行波管較難研制的原因之一是適用于帶狀注行波管的電子光學系統難于實現。電子光學系統由電子槍、磁聚焦系統和收集極組成，行波管所采用的磁聚焦系統一般為均勻磁場聚焦系統或者周期永磁聚焦系統，其作用在于利用磁場提供的聚焦力來平衡電子注的空間電荷力，從而實現帶狀電子注的穩定傳輸。因此，解決帶狀電子注傳輸的關鍵在于設計磁聚焦系統。如果采用均勻永磁聚焦帶狀電子注，形成均勻磁場的永磁體組件相對周期磁場采用的永磁體的體積更大，不利于器件的小型化。另外，由于帶狀注電子槍的陰極組件的制作和槍的裝配等誤差均可能導致帶狀電子注的注腰位置和層流性發生變化。由于帶狀電子注的截面尺寸發生變化，則注電流密度改變，即空間電荷力發生改變，所需的聚焦磁場應該做相應變化，即磁聚焦系統應該可調。因此，研究一種基于永磁體產生周期會切磁場的帶狀電子注行波管所用的可調磁聚焦系統，包括磁聚焦系統和磁聚焦系統的裝配設計，對高頻率、高功率、小型化帶狀注器件的研制及推動毫米波及太赫茲輻射源的發展具有極其重要的意義。

發明內容

針對背景技術所存在的帶狀電子注在帶狀注行波管中較難穩定傳輸的問題，本發明的目的在于提供一種適用于帶狀注行波管的新型可調磁聚焦系統。該發明基于永磁體產生周期會切磁場和設計的磁聚焦系統固定裝置，使得磁聚焦系統具有一定的可調范圍，從而應用于帶狀注行波管實現帶狀電子注的穩定傳輸。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：