[發明專利]一種基于圓波導的外掛式冷陰極放大器

有效

• 申請號: 202210080180.3
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114512384B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 袁學松;薛欽文;崔仲韜;鄢揚;李海龍;王彬;殷勇;蒙林
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01J23/04
• 分類號: H01J23/04;H01J23/027;H01J23/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發明屬于真空電子器件領域，具體提供了一種基于圓波導的可級聯冷陰極放大器，用以解決頻帶擴展、功率合成、信號放大、抗干擾、集成化等問題。本發明以圓波導作為支撐，在波導角向方向外掛有電子光學系統并產生環形電子注，實現了電子注與信號場的分離，并且高頻場工作在高階模，能夠增大互作用空間、提高功率容量，使得機械難度降低并且提高精度；并且，通過級聯多個單元能夠實現功率的放大和頻帶的拓寬，提高工作效率。綜上，本發明通過圓波導外部嵌套電子光學系統、高頻結構、收集極等，使得整個器件更加緊湊、小型化，更易于集成；為電子對抗、空間通信等領域的應用提供了性能優良的真空器件。

技術領域

本發明屬于真空電子器件領域，涉及微波、毫米波及太赫茲波段輻射源技術，具體提供了一種基于圓波導的可級聯冷陰極放大器，通過外掛式的電子光學系統產生環形電子注，實現了注波分離，并且器件工作于高階模式下。

背景技術

自上個世紀末開始，半導體產業和集成電路技術的迅猛發展，真空電子器件在相當大的電子信息領域逐漸失去了主導地位，并且正在承受著固態電子器件發展的沖擊；但是，新型半導體器件仍然不是很成熟，目前所發展的固態功率器件在能量效率、工作頻率、最大輸出功率、可靠性方面仍存在著很大的弊端和局限性。因此，真空電子器件在航天航空、軍事裝備等尖端科學技術領域仍是不可或缺的核心器件，并被廣泛應用且還在不斷地更新和發展。

隨著微波、毫米波及太赫茲頻段真空輻射源在各個領域的不斷發展，對輸出功率、效率要求不斷地提高；在高頻率、高功率、寬頻帶的極限要求之下，尤其是在軍事設備、航空航天等領域，要求真空電子器件具有體積小、重量輕、功率大、壽命長等優勢。

與傳統的熱發射陰極相比，場致發射冷陰極具有其固有的優勢，如：功耗低、可溫室工作、響應速度快、電流密度大、尺寸小、效率高等等，這些優點使得場致發射冷陰極有望成為新一代高功率輻射源器件的發射源。但是，目前現有的微波、毫米波、太赫茲等波段輻射源技術仍然存在諸多問題：1)鑒于真空器件工作在高頻波段，注波互作用結構的尺寸較小，不能采用低階模式，將會導致機械加工難度大和精度低的問題；2)對于單級的放大器而言，可以實現功率的放大和較寬的頻帶，但是目前高頻段實現的放大器，輸出功率水平有待提高，輸出帶寬較窄且固定；3)對于器件裝置，需要單獨設計電子光學系統、高頻結構、收集極等，使得整個器件裝置體積大，不易于集成；4)傳統器件采用熱陰極，電子光學系統體積大，電子注在器件內部與高頻結構發生互作用，電子通道小且不利于散熱，降低工作效率。

發明內容

本發明的目的在于針對上述問題提出了一種基于圓波導的外掛式冷陰極放大器，可實現軸向級聯，能夠有效的解決頻帶擴展、功率合成、信號放大、抗干擾、集成化等問題。本發明通過角向嵌套在圓波導外側的冷陰電子光學系統產生出的空心電子注與圓波導的輸入信號在高頻結構處發生注波互作用，實現了信號的放大；并且，通過級聯多個本發明單元，在陰極上施加不同的電壓或改變高頻互作用空間尺寸，可對同一頻率的信號實現方法，也可對寬頻帶多個不同頻率的信號實現放大；另外，本發明利用冷陰極場致發射電子流，功耗低、不受溫度影響的優點，使得注波互作用效率提高；最后，本發明結構緊湊，易于集成，為電子對抗、空間通信等領域的應用提供了性能優良的真空器件。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于圓波導的外掛式冷陰極放大器，包括：圓波導1、陰極2、陽極3、絕緣支撐套件4、高頻外套筒5、收集極6及散熱翼片7；其特征在于：

所述圓波導1內形成信號通道1-1、兩端分別作為信號輸入口1-2與信號輸出口1-3，信號輸入口1-2與信號輸出口1-3分別裝配輸入窗與輸出窗；

所述絕緣支撐套件4包括絕緣支撐板4-1與絕緣支撐環4-2；所述絕緣支撐板4-1、陰極2、絕緣支撐環4-2、陽極3、高頻外套筒5與收集極6依次連接，共同嵌套焊接于圓波導1的外壁上，匹配信號輸入窗與輸出窗形成真空密封空間；