回旋管收集極的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種回旋管收集極。該回旋管收集極包括：過渡段；圓筒段，密封連接于過渡段；以及頂蓋，密封連接于圓筒段的后側(cè)，其內(nèi)側(cè)具有朝向圓筒段的凸起。本發(fā)明回旋管收集極中，通過回旋管收集極的凸起底壁，可以有效截獲由于電子注間空間電荷力和電子注激勵起的高頻電磁場的擾動的影響而引起的異常雜亂電子，將雜亂的異常電子控制在有效區(qū)域內(nèi)，避免不可控的出氣點的出現(xiàn)，提高了高功率回旋管工作的穩(wěn)定性。
【專利說明】回旋管收集極
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于微波【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種回旋管收集極。
【背景技術(shù)】
[0002]回旋管是一種新型相干微波輻射源器件，能工作在高頻率波段且具有較高的功率容量和工作帶寬，回旋管在成像雷達、電子對抗、定向能武器、材料處理、等離子體加熱等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]回旋管按照微波輸出結(jié)構(gòu)方式可以分為兩種類型:一種是軸向輸出結(jié)構(gòu)方式的回旋管，該類型結(jié)構(gòu)的回旋管通常采用低階圓對稱工作模式，回收回旋電子注的收集極同時也是高功率微波的輸出通道，由于受輸出波導(dǎo)模式變換的限制，該類型回旋管收集極的功率容量受到了很大限制；另外一種是橫向輸出結(jié)構(gòu)方式的回旋管，該類型結(jié)構(gòu)的回旋管通常采用高階工作模式，借助準光模式變換結(jié)構(gòu)實現(xiàn)回旋電子注與輸出微波的分離，從而可以根據(jù)功率容量要求對回旋管收集極進行單獨設(shè)計。
[0004]根據(jù)空間緩變磁場中電子運動磁矩的絕熱不變性原理，回旋電子注在收集極壁上的著落寬度與電子注在收集極壁上的入射角的正弦成反比，因此為了盡量增加回旋電子注在收集極壁上的著落寬度，需要盡可能的減小電子注在收集極壁上的入射角度。在高功率回旋管的實際工作過程中，回旋電子注由于受電子注間電荷力和回旋電子注在收集極內(nèi)激勵起的電磁場的干擾而引起的波動的影響，回旋電子注未能全部按設(shè)計要求著落在收集極壁上，造成部分電子注不可控的著落在收集極壁上其它區(qū)域，形成新的出氣點，增加了高功率回旋管工作的不穩(wěn)定性。
[0005]圖1是現(xiàn)有技術(shù)錐形結(jié)構(gòu)回旋管收集極的半剖面示意圖。請參照圖1，點劃線00'為回旋管收集極的對稱軸線，收集極半徑R和長度由回旋管工作的磁位形及回旋電子注的功率水平等綜合因素決定。圖2A為回旋電子注正常著落在圖1所示的回旋管收集極壁上的仿真模擬圖。圖2B為當回旋電子注與收集極壁之間入射角比較小時，回旋電子注在圖1所示的回旋管收集極壁上著落的仿真模擬圖。對比圖1和圖2可以看出:雖然回旋電子注在收集極壁上的著落寬度有所增加，但由于受電子注間電荷力和電磁場干擾的影響，回旋電子注未能全部著落在收集極壁上。
[0006]在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中， 申請人:發(fā)現(xiàn)常規(guī)的錐形結(jié)構(gòu)的回旋管收集極存在如下缺陷:在實際工作過程中，回旋電子注由于受電子注間電荷力和電子注激勵起的高頻電磁場的擾動的影響，將形成異常的雜亂電子，致使回旋電子注不能全部著落在收集極壁上，造成部分電子不可控的著落在收集極的其它區(qū)域，形成新的出氣點，從而引起高功率回旋管工作的不穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](一 )要解決的技術(shù)問題
[0008]鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種回旋管收集極，以提高回旋管收集極工作的穩(wěn)定性。
[0009]( 二)技術(shù)方案
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種回旋管收集極。該回旋管收集極包括:過渡段；圓筒段，密封連接于過渡段；以及頂蓋，密封連接于圓筒段的后側(cè)，其內(nèi)側(cè)具有朝向圓筒段的凸起。
[0011](三)有益效果
[0012]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明回旋管收集極具有以下有益效果:
[0013](I)通過回旋管收集極的凸起底壁，可以有效截獲由于電子注間空間電荷力和電子注激勵起的高頻電磁場的擾動的影響而引起的異常雜亂電子，將雜亂的異常電子控制在有效區(qū)域內(nèi)，避免不可控的出氣點的出現(xiàn)，提高了高功率回旋管工作的穩(wěn)定性；
[0014](2)采用該形狀結(jié)構(gòu)收集極可以在設(shè)計回旋電子注在收集極壁上的入射角度時，可以將入射角度設(shè)計的更小些，這樣一方面可以最大限度的提高收集極壁上回旋電子注的著落面積，另一面由于回旋電子注入射角度變小而散落的電子可以完全由凹形收集極的內(nèi)凸面截獲，從而變相地增加了整個收集極上電子注的散落面積。
[0015]本發(fā)明回旋管收集極可以有效增加回旋管收集極的功率容量、降低回旋管收集極上單位面積的功率負載和增加高功率回旋管工作的穩(wěn)定性及可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為現(xiàn)有技術(shù)錐形結(jié)構(gòu)回旋管收集極的半剖面示意圖；
[0017]圖2A為回旋電子注正常著落在圖1所示的回旋管收集極壁上的仿真模擬圖；
[0018]圖2B為當回旋電子注與收集極壁之間入射角比較小時，回旋電子注在圖1所示的回旋管收集極壁上著落的仿真模擬圖；
[0019]圖3為本發(fā)明第一實施例回旋管收集極的剖面示意圖；
[0020]圖4為回旋電子注著落在圖3所示的回旋管收集極壁上的仿真模擬圖；
[0021]圖5為本發(fā)明第二實施例回旋管收集極的半剖面示意圖；
[0022]圖6為本發(fā)明第三實施例回旋管收集極的半剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0023]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0024]需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。此外，以下實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明。
[0025]本發(fā)明提供了一種回旋管收集極。該回旋管收集極的頂蓋具有朝向內(nèi)側(cè)的一個或者多個凸起，該凸起可以選擇不同的形狀，如柱形、圓臺形、半球形等規(guī)則形狀或其他不規(guī)則形狀。該具有凸起的頂蓋可以將雜亂的異常電子控制在有效區(qū)域內(nèi)，避免出現(xiàn)不可控的出氣點，從而提高了高功率回旋管工作的穩(wěn)定性。
[0026]在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種回旋管收集極。圖3為本發(fā)明第一實施例回旋管收集極的剖面示意圖。如圖3所示，點劃線00'為對稱軸線，該回旋管收集極包括:過渡段；連接于過渡段的圓筒形的圓筒段；及密封扣于圓筒段后側(cè)的頂蓋。其中，該過渡段呈錐形或階梯形，從而實現(xiàn)從電子槍的小半徑到一個大半徑的跳躍。該圓筒段的半徑為R，長度為H。兩個參數(shù)R、H由回旋管工作磁場的磁位形及回旋管電子注的功率等綜合因素決定。該頂蓋具有朝向所述圓筒段的圓柱形凸起。
[0027]所述頂蓋整體上呈平面型或圖1所示的錐形，該圓柱形凸起位于頂蓋的中央位置，其中心與圓筒段的中心重合，其半徑為，高度Sh1，該圓柱形凸起的半徑和高度根據(jù)模擬設(shè)計及測試過程中回旋電子注的具體散落情況確定。優(yōu)選地，R/4 ^ T1 ^ R，所述hi ( 2H/3。 [0028]圖4為回旋電子注著落在圖3所示的回旋管收集極壁上的仿真模擬圖。由圖4可以看出，采用凹形結(jié)構(gòu)收集極可以有效截獲由于電子注間電荷力和電磁場擾動的影響而引起的異常雜亂電子，將異常電子控制在有效區(qū)域內(nèi)，而且收集極壁上回旋電子注的著落面積也有所增加。
[0029]在大多數(shù)情況下，回旋電子注不會著落在回旋管收集極的電子注進口和圓筒形腔靠近電子注進口的前部。相對于回旋電子束而言，收集極是一個半開放式的腔體結(jié)構(gòu)，互作用后的回旋電子注在收集極區(qū)內(nèi)也會激勵起雜模的高頻電磁場振蕩，從而會擾動回旋電子注。
[0030]為了防止高頻電磁場振蕩，在回旋管收集極的過渡段和/或圓筒段靠近過渡段部分的內(nèi)側(cè)涂敷無磁衰減材料，如石墨乳、炭化娃等，從而抑制或吸收激勵起的高頻電磁場，從而提高了高功率回旋管工作的穩(wěn)定性。
[0031]在本發(fā)明的另一個示例性實施例中，還提供了另一種回旋管收集極。本實施例與圖3所示的回旋管收集極的過渡段和圓筒段部分相同，不同之處僅在于頂蓋上凸起的形狀。
[0032]圖5為本發(fā)明第二實施例回旋管收集極的半剖面示意圖。請參照圖5，本實施例中，凸起為進入圓筒段的半徑為r2的球形。該球形凸起的半徑和高度根據(jù)模擬設(shè)計及測試過程中回旋電子注的具體散落情況確定。優(yōu)選地，R/4R，所述h2 ( 2H/3。
[0033]對于圖5所示的回旋管收集極，其能夠?qū)崿F(xiàn)與圖3所示回旋管收集極同樣的有益效果，此處不再重述。
[0034]在本發(fā)明的再一個示例性實施例中，還提供了另一種回旋管收集極。本實施例與圖3所示的回旋管收集極的過渡段和圓筒形腔部分相同，不同之處僅在于頂蓋上凸起的形狀。
[0035]圖6為本發(fā)明第三實施例回旋管收集極的半剖面示意圖。請參照圖2，本實施例中，凸起為圓臺形。其中，r3和r3，分別為圓臺形凸起的上下底面的半徑，h3為圓臺凸起進入圓筒形內(nèi)腔的深度。優(yōu)選地，R/4≤r3 < r3，( R，所述h3 ( 2H/3。
[0036]對于圖6所示的回旋管收集極，其能夠?qū)崿F(xiàn)與圖3所示回旋管收集極同樣的有益效果,此處不再重述。對于圖3、圖5和圖6所示的回旋管收集極，可以整體加工完成，也可以采用分體加工的方式，也就是將凸起部分和除凸起部分之外其他部分分開加工，然后將兩部分采用釬焊的方法組成整體。
[0037]依據(jù)以上三個實施例描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當對本發(fā)明回旋管收集極有了清楚的認識。需要說明的是，雖然圖3、圖5和圖6中，頂蓋上的凸起均為一個，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當清楚，在不考慮加工難度的情況下，該凸起的數(shù)量還可以為多個，其同樣能夠?qū)崿F(xiàn)上述的各種有益效果。
[0038]綜上所述，本發(fā)明提供了一種具有凸起底壁的回旋管收集極，該回旋管收集極可以有效截獲由于電子注空間電荷力和雜模高頻場的擾動而引起的雜亂電子，將雜亂的異常電子控制在有效區(qū)域內(nèi)，提高了高功率回旋管工作的穩(wěn)定性。
[0039]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種回旋管收集極，其特征在于，包括: 過渡段； 圓筒段，密封連接于所述過渡段；以及 頂蓋，密封連接于所述圓筒段的后側(cè)，其內(nèi)側(cè)具有朝向所述圓筒段的凸起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回旋管收集極，其特征在于，所述凸起為一個或多個，該一個或多個凸起位于所述頂蓋的中央位置，呈規(guī)則形狀或不規(guī)則形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的回旋管收集極，其特征在于，所述凸起為一個，呈圓柱形，其中心軸線與所述圓筒段的中心軸線重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的回旋管收集極，其特征在于，所述圓柱形凸起滿足:
R/4 ≤ T1 ≤ R, hi ≤ 2H/3 其中，R、H分別為所述圓筒段的半徑和長度，r2和h2分別為所述圓柱形凸起的半徑及進入所述圓筒段的長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的回旋管收集極，其特征在于，所述凸起為一個，呈球形，其中心軸線與所述圓筒段的中心軸線重合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的回旋管收集極，其特征在于，所述球形凸起滿足:
R/4 ≤ r2 ≤ R，h2 ≤ 2H/3 其中，R、H分別為所述圓筒段的半徑和長度，r2和h2分別為所述球形凸起的半徑及進入所述圓筒段的長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的回旋管收集極，其特征在于，所述凸起為一個，呈圓臺形，其中心軸線與所述圓筒段的中心軸線重合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的回旋管收集極，其特征在于，所述球形凸起滿足:
R/4 ≤ r3 < r3, ≤ R，所述 h3 ≤ 2H/3 其中，R、H分別為所述圓筒段的半徑和長度，r3和r3，分別為圓臺形凸起的上下底面的半徑；h3為所述圓臺形凸起進入所述圓筒段的長度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的回旋管收集極，其特征在于，所述過渡段呈錐形或階梯形；所述頂蓋整體上呈平面形或錐形。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的回旋管收集極，其特征在于，所述過渡段、圓筒段及頂蓋一體成型；或 所述凸起與所述回旋管收集極的其他部分焊接，所述回旋管收集極的其他部分包括:過渡段、圓筒段和除所述凸起之外的頂蓋部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的回旋管收集極，其特征在于，所述過渡段內(nèi)側(cè)，和/或圓筒段靠近所述過渡段部分的內(nèi)側(cè)，均涂敷無磁衰減材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的回旋管收集極，其特征在于，所述無磁衰減材料選自于以下材料中的一種:石墨 乳和炭化硅。
【文檔編號】H01J23/027GK103632904SQ201310154307
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月28日
【發(fā)明者】耿志輝, 劉濮鯤, 粟亦農(nóng), 張世昌, 顧偉 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所