[發明專利]太赫茲波段的低電流細徑單列多束電子槍

在審

• 申請號: 202110550982.1
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113421808A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 張開春;胡錦程;趙小艷;郭思豆;徐望炬;熊能;劉頔威;胡旻
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01J23/06
• 分類號: H01J23/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了太赫茲波段的低電流細徑單列多電子束電子槍，它由陰極、聚焦極、陽極、聚焦系統和收集極組成。所述陰極有多個發射面，發射面直線排列且均勻分布；發射面可以為圓形、矩形、橢圓形或者其他不同形狀以滿足不同的設計需求；在聚焦極、陽極和聚焦磁場的共同作用下，多個陰極發射面發射的電子束平行傳輸到收集級；所述陰極與聚焦極固定相連。此電子槍屬于電真空領域，采用此電子槍結構可以有效解決單根電子束電流密度過高的問題，將對發展毫米波、亞毫米波或太赫茲波電真空器件有極其重要的促進作用。

技術領域

本發明涉及真空電子器件領域，特別是涉及一種太赫茲波段的低電流細徑單列多束電子槍。

背景技術

隨著真空電子技術的發展，真空電子器件的工作頻率越來越高，向著毫米波段和太赫茲波段發展；同時，真空電子器件的尺寸越來越小，相應的加工要求越來越高；再者，對傳統電子將而言，隨著真空電子器件的工作頻率增加，所需電子束的電流密度越來越高，將達到數百A/cm²。

傳統的單注器件比較容易控制，但是隨著頻率的增加和器件尺寸的減小，單電子注難以滿足電子密度越來越高的要求。隨著太赫茲波段應用需求的發展，傳統的柱狀單電子注器件面臨著許多問題，比如，為了獲得更高的電子密度，在結構尺寸減小的情況下，就必須要加大陰極發射面的電流，長時間的高電流運行會使陰極結構的壽命縮短。對于帶狀電子注，它具有很高的橫縱比，由于陰極發射面的面積較大，因此它能夠滿足較大電流的要求；在注-波互作用時，要求它貼近高頻結構表面，因此互作用較強；但是，由于空間電荷效應的影響，帶狀電子注在傳輸時會發生變形或者扭轉，很難保持理想的帶狀。這一特點為電子束的聚焦系統的設計增加了難題。另外，帶狀電子注為了增強注波互作用的效果，需要保持電子注貼近高頻結構表面，因此很難保證在電子束穩定傳輸的前提下，不損壞高頻結構。

在毫米波、亞毫米波以及太赫茲波段，要求電子束的截面尺寸上足夠小，同時要求電子束的電流密度足夠大，這不利于電子槍的設計和加工。另一方面，在毫米波或者太赫茲波段，由于高頻結構尺寸很小，對于圓形高頻結構，加工很困難且精度難以保證，因此，宜采用平面結構的高頻結構。那么對應的電子槍和電子光學系統也需要進行相應的改進，單列多束電子槍不失為一種更好的選擇方案。

相對于傳統的電子槍結構，單列多束電子槍具有以下明顯的優點：其一，由于采用單列多電子束，可以大大減小對單電子束電流密度的要求，可以極大地降低聚焦系統的設計難度，并且延長電子槍的使用壽命；其二，單列分布的多束電子束可以很好的與高頻結構進行注波互作用，可以大幅度提高效率和改善微波器件頻率的特性；其三，整體結構尺寸小、結構簡單、易于加工、裝配簡單，能夠實現小型化。由于上述的明顯優點，單列多束電子槍在大功率、高頻率和小型化的發展趨勢下，具有極好的應用前景。

發明內容

本發明的目的是設計一種應用于太赫茲頻段的低電流細徑單列多束電子槍。

為實現上述目的，本發明提供如下方案：

一種單列多束電子槍，包括：陰極，聚焦極，陰極發射面，陽極和電子通道。

所述陰極與所述陰極發射面連接，所述聚焦極與所述陰極固定，所述陽極和所述電子通道連接。

所述陰極有多個發射面，發射面為平面且呈單列排列。

所述發射面中心在一條直線上，發射面發射的多個電子束呈平行排列。

所述聚焦極與陰極固定，它們之間的夾角可根據工作電壓適當調整，用于約束電子束的擴散。

所述陰極與外接電源裝置連接，通過調節所述外接電源裝置的電壓對所述電子槍產生的電子束的質量進行調節。

所述陰極、所述陰極發射面和所述電子通道對中一致。

所述陽極加速電子并約束電子的擴散，電子束經電子通道傳輸。