非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極電極的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極電極。在該多級(jí)降壓收集極電極中，多個(gè)電極的內(nèi)表面均包括一段由正斜面和負(fù)斜面組成的波紋結(jié)構(gòu)，且除第一電極和最末電極外的其他電極的電子入口方向均有一個(gè)偏心孔，該偏心孔相對(duì)于第一電極的電子入口偏向同一個(gè)方向，其相比于傳統(tǒng)的收集極結(jié)構(gòu)，可以抑制二次電子回流并提高收集極效率，降低回流率。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子行業(yè)真空電子學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí) 降壓收集極電極。 非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極電極

【背景技術(shù)】
[0002] 空間行波管是廣泛應(yīng)用于通信衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、資源衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、海 洋衛(wèi)星等末級(jí)功率放大器的核心部件。幾乎每一顆衛(wèi)星上都有數(shù)量不等、種類不同的空間 行波管放大器。衛(wèi)星上的能源主要來(lái)自太陽(yáng)能電池，因此非常有限，而其中80%-90%的能 源都用于行波管放大器。因此，空間行波管必須具有盡可能高的效率以節(jié)省星上能源。
[0003] 行波管效率主要取決于電子效率和收集極回收效率。電子效率到達(dá)一定限度后， 很難再進(jìn)一步提高，此時(shí)效率的提高主要取決于收集極的回收效率。在互作用結(jié)構(gòu)確定后， 收集極的回收效率主要由收集極結(jié)構(gòu)決定。二次電子的存在對(duì)多級(jí)降壓收集極效率和電子 回流率有直接影響，二次電子在打到高電位電極的過(guò)程中獲得能量會(huì)降低收集極效率。因 而，設(shè)計(jì)巧妙的收集極結(jié)構(gòu)，使所有電子最大限度的"軟著陸"，同時(shí)使二次電子盡量被產(chǎn)生 該二次電子的電極俘獲，并且避免二次電子打上電位較高電極和返回互作用區(qū)。
[0004] 降壓收集極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是在互作用區(qū)后面設(shè)置一定的靜電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)分布，使互 作用后電子運(yùn)動(dòng)速度變慢，落到對(duì)其來(lái)說(shuō)電位最低的電極上，并避免電子返轉(zhuǎn)。在多級(jí)降 壓收集極的發(fā)展歷程中，人們對(duì)收集極的結(jié)構(gòu)與形式做了各種嘗試，但通常收集極電極結(jié) 構(gòu)都是在電極內(nèi)表面包含一個(gè)向電子入口方向傾斜的正斜面，等勢(shì)線在這種結(jié)構(gòu)的收集極 電極入口處是向電子入射方向凹入的。電子進(jìn)入電極后要經(jīng)歷一個(gè)發(fā)散作用，電子很快散 開(kāi)并被相應(yīng)的電極收集。這種結(jié)構(gòu)帶來(lái)的一個(gè)問(wèn)題是，電子向兩邊散開(kāi)容易被電勢(shì)較高的 電極收集，降低了收集極的效率。2012年印度A. Mercy Latha提出了一種新穎結(jié)構(gòu)的收集 極，收集極電極內(nèi)表面均包括一段由正斜面和負(fù)斜面組成的波紋結(jié)構(gòu)，等勢(shì)線在這種結(jié)構(gòu) 的收集極電極入口處先向電子入射方向凹入，再向收集極尾端凸起，電子進(jìn)入電極后先經(jīng) 歷一個(gè)發(fā)散作用，再經(jīng)歷一個(gè)匯聚作用。對(duì)于原電子來(lái)說(shuō)，電子發(fā)散作用較弱，更容易被電 勢(shì)較低電極收集，提高了回收效率；對(duì)于二次電子來(lái)說(shuō)，二次電子容易被產(chǎn)生該電子的電極 俘獲，收集極的回流率很低。
[0005] 采用非對(duì)稱結(jié)構(gòu)收集極，可以對(duì)電子注運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生明顯的偏轉(zhuǎn)效果，達(dá)到抑制 二次電子返流，提高回收效率降低回流率的效果，如圖1所示。
[0006] 對(duì)于低導(dǎo)流系數(shù)的行波管，采用上述雙斜面收集極電極，可以獲得較高的回收效 率和較低的回流率，但對(duì)于高導(dǎo)流系數(shù)的行波管來(lái)說(shuō)，進(jìn)入收集極的電子由于空間電荷效 應(yīng)較大，電子注很快散開(kāi)被電勢(shì)較高的電極收集，回收效率較低。目前，行波管的回收效率 較低，返流電子較多，特別是高導(dǎo)流系數(shù)的行波管回收效率更低，因而，設(shè)計(jì)高效的多級(jí)降 壓收集極，進(jìn)一步提高回收效率、降低回流率是目前亟待解決的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] (一）要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0008] 鑒于上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明將非對(duì)稱結(jié)構(gòu)引入到雙斜面的多級(jí)降壓收集極電極結(jié) 構(gòu)中，提供了一種非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極電極。
[0009] (二）技術(shù)方案
[0010] 本發(fā)明的非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極電極包括：N級(jí)的電極以及連接于最 末一級(jí)電極尾端的尾蓋，其中，N3 3;該N級(jí)的電極相互絕緣，且電壓依次降低，用于收集行 波互作用后的電子注，每一級(jí)的電極均為中空的筒狀腔體，自前至后包括：通道口，以及由 負(fù)斜面和正斜面構(gòu)成的波紋結(jié)構(gòu)；其中，第一級(jí)和最末一級(jí)的電極的通道口的中心軸線沿 入射電子注的軸向，除第一級(jí)和最末一級(jí)外的中間電極的通道口的中心軸線位置重合，低 于入射電子注的軸向。
[0011] (三）有益效果
[0012] 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極電極具有以 下有益效果：
[0013] (1)多個(gè)電極的內(nèi)表面均包括一段由正斜面和負(fù)斜面組成的波紋結(jié)構(gòu)，第一級(jí)和 最末一級(jí)的電極的通道口的中心軸線沿入射電子注的軸向，除第一電極和最末電極外的其 他電極的電子入口方向均有一個(gè)偏心的通道口，該通道口的中心軸線低于入射電子注的中 心軸線，其相比于傳統(tǒng)的收集極結(jié)構(gòu)，可以抑制二次電子回流并提高收集極效率，降低回流 率；
[0014] (2)收集極電極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便加工。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為電子被現(xiàn)有技術(shù)非對(duì)稱結(jié)構(gòu)收集極回收電子軌跡圖；
[0016] 圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例非軸對(duì)稱雙斜面多級(jí)降壓收集極電極的剖面示意圖；
[0017] 圖3為圖2所示非軸對(duì)稱雙斜面多級(jí)降壓收集極第一電極的側(cè)視圖；
[0018] 圖4為圖2所示非軸對(duì)稱雙斜面多級(jí)降壓收集極第二電極的仰視圖；
[0019] 圖5為圖2所示非軸對(duì)稱雙斜面多級(jí)降壓收集極第三電極的仰視圖；
[0020] 圖6為圖2所示非軸對(duì)稱雙斜面多級(jí)降壓收集極第四電極的側(cè)視圖；
[0021] 圖7為圖2所示非軸對(duì)稱雙斜面多級(jí)降壓收集極尾蓋的俯視圖；
[0022] 圖8為飽和工作狀態(tài)下非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極考慮四次二次電子發(fā) 射計(jì)算結(jié)果；
[0023] 圖9為無(wú)驅(qū)動(dòng)信號(hào)下非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極計(jì)算結(jié)果；
[0024] 圖10為非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極頻帶內(nèi)的回收效率和回流率計(jì)算結(jié) 果；
[0025] 圖11為非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極回收效率和回流率隨輸入功率的變 化。
[0026] 【本發(fā)明主要元件符號(hào)說(shuō)明】
[0027] 10-第一電極；
[0028] 11-第一電極通道口； 12-第一電極負(fù)斜面；
[0029] 13-第一電極正斜面； 14-第一電極后端部分；
[0030] 20-第二電極；
[0031] 21-第二電極通道口； 22-第二電極負(fù)斜面；
[0032] 23-第二電極正斜面； 24-第二電極后端部分；
[0033] 30-第三電極；
[0034] 31-第三電極通道口； 32-第三電極負(fù)斜面；
[0035] 33-第二電極正斜面；
[0036] 40-第四電極；
[0037] 41-第四電極前端部分； 42-第四電極負(fù)斜面；
[0038] 43-第四電極正斜面； 44-焊接凹槽；
[0039] 50-尾蓋；
[0040] 51-錐形段； 52-斜面；
[0041] 53-圓形臺(tái)階。

【具體實(shí)施方式】
[0042] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書(shū)描述中，相似或相同的部 分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)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(wú)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(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實(shí)施例中提到的 方向用語(yǔ)，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(yǔ)是用來(lái)說(shuō)明并非用來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0043] 本發(fā)明提出了一種非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極電極，以提高收集極的回收 效率，降低二次電子回流率，從而使得行波管整管具有更高的效率。
[0044] 在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極 電極。圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極電極的剖面示意圖。請(qǐng) 參照?qǐng)D2,本實(shí)施例非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極電極包括：與互作用電子注的中心 軸線同軸的第一電極10、第二電極20、第三電極30、第四電極40和尾蓋50形成四級(jí)降壓收 集極電極，依次降壓用于收集行波管互作用后的電子注。第一電極的位置靠近行波管的慢 波結(jié)構(gòu)，緊隨第一電極后依次設(shè)置第二電極、第三電極、第四電極和尾蓋。該第一電極、第二 電極、第三電極和第四電極相互之間有一定的間隔，用于放置收集極介質(zhì)材料。該第四電極 和尾蓋四電位相同，焊接在一起。
[0045] 圖3為圖2所示非軸對(duì)稱雙斜面多級(jí)降壓收集極第一電極的側(cè)視圖，請(qǐng)參照?qǐng)D2 和圖3,第一電極10為中空的筒狀腔體，該第一電極10靠近行波管慢波結(jié)構(gòu)的軸向端面中 心軸線位置（入射電子注的軸向）設(shè)有供互作用后電子注通過(guò)的第一電極通道口 11，該通 道口的口徑大于互作用后電子注孔徑；該第一電極10在第一電極通道口 11后內(nèi)表面包括 一段由負(fù)斜面12和正斜面13組成的波紋結(jié)構(gòu)；第一電極后端部分14為空心柱體，口徑比 紋波結(jié)構(gòu)的最大口徑略小。
[0046] 圖4為圖2所示非軸對(duì)稱雙斜面多級(jí)降壓收集極第二電極的仰視圖，請(qǐng)參照?qǐng)D2 和圖4,第二電極20為中空的筒狀腔體，該第二電極的前端部分軸向端面偏離中心軸線向 下位置設(shè)有供電子束通過(guò)的第二電極通道口 21，使進(jìn)入第二電極的電子注整體向第二電極 通道口 21中心軸線的一側(cè)偏離，在第二電極的內(nèi)表面產(chǎn)生的二次電子將向第二電極通道 口 21中心軸線的另一側(cè)偏離，這樣產(chǎn)生的二次電子不會(huì)沿原路徑返回，使得二次電子的回 流率得到降低。二次電子該第二電極通道口 21的口徑大于第一電極通道口 11 口徑，小于 第一電極后端部分14的孔徑；該第二電極20在第二電極通道口 21后內(nèi)表面包括一段由負(fù) 斜面22和正斜面23組成的波紋結(jié)構(gòu)。第二電極后端部分24的為空心柱體，口徑比紋波結(jié) 構(gòu)的最大口徑略小。
[0047] 圖5為圖2所示非軸對(duì)稱雙斜面多級(jí)降壓收集極第三電極的仰視圖，請(qǐng)參照?qǐng)D2 和圖5,第三電極30為中空的筒狀腔體，該第三電極的前端部分軸向端面偏離中心軸線向 下位置設(shè)有供電子束通過(guò)的第三電極通道口 31，第三電極通道口 31中心軸線與第二電極 通道口 21中心軸線位置重合，該第三電極通道口 31的口徑大于第二電極通道口 21 口徑， 小于第二電極后端部分24的孔徑；該第二電極30在第三電極通道口 31后內(nèi)表面包括一段 由負(fù)斜面32和正斜面33組成的波紋結(jié)構(gòu)。
[0048] 圖6為圖2所示非軸對(duì)稱雙斜面多級(jí)降壓收集極第四電極的側(cè)視圖，請(qǐng)參照?qǐng)D2 和圖6,第四電極40為中空的筒狀腔體，該第四電極40包括第四電極前端部分41和由第四 電極負(fù)斜面42和第四電極正斜面43構(gòu)成的波紋結(jié)構(gòu)，該第四電極前端部分41伸入第三電 極的筒狀腔體內(nèi)，其軸向端面中心軸線位置設(shè)有供電子束通過(guò)的通道口，該通道口徑略大 于第三電極通道口 31直徑。第四電極正斜面43尾端設(shè)有與該收集極中的相關(guān)部件相匹配 的焊接凹槽44。
[0049] 圖7為圖2所示非軸對(duì)稱雙斜面多級(jí)降壓收集極尾蓋的俯視圖，請(qǐng)參照?qǐng)D2和圖 7,尾蓋50呈圓蓋狀結(jié)構(gòu)，沿其中心軸線有一錐形段51，錐形段51四周外為一斜面52,該尾 蓋50的外沿有圓形臺(tái)階53,圓形臺(tái)階53與焊接凹槽44配合焊接在一起，使第四電極與尾 蓋同一電位。
[0050] 圖8為飽和工作狀態(tài)下非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極考慮四次二次電子發(fā) 射計(jì)算結(jié)果。圖9為無(wú)驅(qū)動(dòng)信號(hào)下非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極計(jì)算結(jié)果。請(qǐng)參照?qǐng)D 8和圖9,飽和工作狀態(tài)下，電子大部分被第一電極、第二電極和第三電極收集。無(wú)驅(qū)動(dòng)信號(hào) 下，電子幾乎被第四電極和尾蓋收集?？紤]四次二次電子發(fā)射，收集極的回流率僅有微小的 增加，回收效率有小幅度下降，該收集極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以明顯阻止二次電子向互作用區(qū)回 流。
[0051] 圖10為非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極頻帶內(nèi)的回收效率和回流率計(jì)算結(jié) 果。圖11為非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極回收效率和回流率隨輸入功率的變化。請(qǐng) 參照?qǐng)D10和圖11，在工作頻帶內(nèi)的收集極效率大于80. 3%，回流率小于1%。中間頻點(diǎn) 12. 5GHz時(shí)，回收效率為80. 7%，若考慮線路損耗等，總效率可達(dá)66. 4%，能夠滿足空間行 波管的要求。行波管工作在過(guò)飽和區(qū)時(shí)，回收效率降低，回流率增加；行波管工作在線性狀 態(tài)時(shí)，回收效率提高，回流率降低；無(wú)論行波管工作在何種狀態(tài)，回收效率均大于80. 2%， 回流率小于1.6%。
[0052] 至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù) 人員應(yīng)當(dāng)對(duì)本發(fā)明非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極電極有了清楚的認(rèn)識(shí)。
[0053] 此外，上述對(duì)各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形 狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地更改或替換，例如：
[0054] (1)多級(jí)降壓收集極電極可以根據(jù)需要包括多級(jí)的電極結(jié)構(gòu)，而不局限于上述實(shí) 施例中的四級(jí)電極結(jié)構(gòu)。例如：三級(jí)、五級(jí)、六級(jí)等等。
[0055] 綜上所述，本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)中多級(jí)降壓收集極結(jié)構(gòu)相比，可以抑制二次電子回 流并提1?收集極效率，從而使得行波管具有更1?的效率。
[0056] 以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種非軸對(duì)稱雙斜面的多級(jí)降壓收集極電極，其特征在于，包括：N級(jí)的電極以及連 接于最末一級(jí)電極尾端的尾蓋，其中，N > 3 ; 該N級(jí)的電極相互絕緣，且電壓依次降低，用于收集注波互作用后的電子注，每一級(jí)的 電極均為中空的筒狀腔體，自前至后包括：通道口，以及由負(fù)斜面和正斜面構(gòu)成的波紋結(jié) 構(gòu)； 其中，第一級(jí)和最末一級(jí)的電極的通道口的中心軸線沿入射電子注的軸向，除第一級(jí) 和最末一級(jí)外的中間電極的通道口的中心軸線位置重合，低于入射電子注的軸向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)降壓收集極電極，其特征在于，第一級(jí)電極的通道口的 口徑大于互作用后電子注的孔徑，且自前至后，電極的通道口的口徑逐級(jí)增大。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)降壓收集極電極，其特征在于，相鄰兩電極之間具有間 隔，用于放置收集極介質(zhì)材料，最末一級(jí)電極與尾蓋焊接在一起，兩者電位相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)降壓收集極電極，其特征在于，除最末一級(jí)的其他電極 還包括： 空心柱體，其口徑小于所在電極的波紋結(jié)構(gòu)的最大口徑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的多級(jí)降壓收集極電極，其特征在于，所述N = 4、5 或 6。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的多級(jí)降壓收集極電極，其特征在于，最末一級(jí)的 電極的波紋結(jié)構(gòu)中正斜面的尾端設(shè)有焊接凹槽； 所述尾蓋呈圓蓋狀結(jié)構(gòu)，其外沿有圓形臺(tái)階，該圓形臺(tái)階與所述焊接凹槽配合焊接在 一起，使最末一級(jí)的電極與尾蓋同一電位。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多級(jí)降壓收集極電極，其特征在于，所述尾蓋沿其中心軸線 有一錐形段，該錐形段四周外圍，圓形臺(tái)階的內(nèi)側(cè)為一斜面。
【文檔編號(hào)】H01J23/027GK104157536SQ201410414974
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】易紅霞, 肖劉, 陳之亮, 袁廣江, 王莉, 李延威, 尚新文, 曹林林 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所