热阴极微波电子枪
电子枪工作原理
电子枪工作原理
电子枪是一种常见的电子器件，广泛应用于电子显像管、激光设备和电子束器件中。
它的工作原理基于电子的发射和聚焦。
电子枪内部由一个热阴极和若干个电子透镜组成。
热阴极通常使用钨材料，通过加热使其发射电子。
这是由于当钨材料受到加热时，会激发其内部电子的能量，使一部分电子克服钨表面的能垒，从而被发射出来。
当电子从热阴极发射出来后，经过电子透镜的聚焦作用，使其形成一个紧密的电子束。
电子透镜通常由一系列电磁透镜组成，通过控制透镜的电流，可以调整电子束的聚焦程度和偏转方向。
在电子枪中，还需要使用束流控制系统来调整电子束的强度和位置。
这通常通过调节热阴极的加热电流、电子透镜的电流以及束流偏转磁场的强度来实现。
总之，电子枪通过热阴极的热释电子、电子透镜的聚焦作用和束流控制系统的调节，实现了对电子束的产生、聚焦和控制，从而可以广泛应用于各种电子器件中。
光阴极微波电子枪中发射度补偿及模拟计算
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Ｊ 一 。 一 。 、Ｌ
的深 紫 外相 干 光 ．对 电 子 枪 的要 求 是 ：电荷 量 １ ５ ．
ｎ Ｃ，电子 能量 为 ４ ５ ５Ｍｅ ． — Ｖ，归 一化 发 射 度 ｅ． 。
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作者 简介 ； 圣广（９８ ） 男 （ 族） 刘 １６ － ， 汉 ，山 东 禹 城 人 ，博 士 研 究 生 ，从 事加 速 器 、ｔ由 电 子 激 光 的理 论 和 实 验 研 究 ． ｌ
维普资讯
第 ３期
刘 圣 广 等 ：光 阴 极 微 波 电子 枪 中 发 射 度 补 偿 及 模 拟 计 算
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空间行波管
空间行波管简介空间行波管是一种重要的微波放大器，主要用于空间通信和卫星通信等领域。
本文将从原理、结构、工作特性和应用等方面进行全面的探讨。
原理空间行波管利用电子束的行波特性实现微波信号的放大。
其工作原理如下： 1. 微波信号从输入口进入空间行波管，并通过行波导结构传播。
2. 电子枪发射的电子束被磁场聚焦，与微波信号发生相互作用。
3. 微波信号的能量被传递给电子束，使其速度发生微小的变化。
4. 调制后的电子束在行波导内沿着微波信号的方向传播，同时与微波信号发生相位同步。
5. 电子束在行波导内不断进行速度调制，微波信号的能量得以不断增加。
6. 最后，经过一系列聚焦和收集结构的作用，放大后的微波信号从输出口输出。
结构空间行波管的主要结构包括： 1. 行波导：空间行波管内部的空间场结构，用于传递和放大微波信号。
2. 电子枪：用于产生电子束的发射部件，通常由热阴极和聚束电极组成。
3. 磁聚焦系统：通过调节磁场分布，使电子束的速度和强度得到控制和聚焦。
4. 能量耦合器：用于将微波信号耦合到电子束中，实现能量传递。
5. 谐振腔：用于调节微波信号的频率和增益，并实现波导和空间场之间的耦合。
工作特性空间行波管具有以下工作特性： 1. 宽频带：由于空间行波管采用螺旋线型的结构，可以实现宽频带的工作。
2. 高增益：空间行波管可以提供很高的增益，通常在30dB以上。
3. 低噪声：相比其他放大器，空间行波管具有较低的噪声特性。
4. 大功率：空间行波管可以提供较大的输出功率，通常在几千瓦到几十千瓦之间。
5. 高线性：空间行波管在放大微弱信号时具有较好的线性特性，不会引入失真。
应用空间行波管广泛应用于以下领域： 1. 空间通信：空间行波管在卫星通信中扮演着重要的角色，用于放大和传输微波信号。
2. 飞行器通信：空间行波管可用于航空和航天器上的通信系统，提供稳定和高效的信号放大。
3. 科学研究：空间行波管在科学研究中用于放大微弱信号，如天线接收信号以及物理实验中的信号放大。
独立调谐热阴极微波电子枪实验研究
入 激 励微 波 电子枪 ， 一 路 由首腔 馈 人激励 首 腔和 实现 阴极 表 面建场 引 出 电子 ， 另 一路 由后续 腔馈 人并 通过 腔 间 耦 合 激励 各 腔 ； 两 路微 波互 不耦 合 。这种 设 计 ， 既可 以通 过衰 减 器实 现 首 腔 电场 强度 的单 独调 节 ， 又 可 以通 过 移 相 器实 现首 腔 和后续 腔 之 间的相 移连 续可 调 ， 从 而 达到减 小 电子束 反 轰功 率 、 优 化束 流 品质 的 目的 ， 文献［ ８ — ９ ］ 分别 介 绍 了该微 波 电子枪 的物理设 计 与初 步热 测 实验 情况 。本文 在 此 基础 上 ， 介 绍 了 目前本 单 位 在该 微 波 电子枪 上进 一 步开 展优 化热 测 实验研 究 、 降低 电子 反轰 、 提 高束 流 品质 的工作 情况 。
由电子 激光 装 置 （ Ｂ Ｆ Ｅ Ｌ） ， 使平 均反 轰功 率 由 ４ ９ ． ６ Ｗ 降到了 ９ ． １ ５ ｗ（ 重 复 频率 ２ ５ Ｈｚ 和 脉宽 ６ ｓ ） ； 文献Ｅ ６ ］ 提出（ ４ ＋１ ／ ２ ） 腔 高工 作 比热 阴极 微波 电子 枪 ， 可 以有效 降 低 电子 反 轰 ； 文献Ｅ ｒ ］ 提 出采 用 １ ／ ２ ＋１ ／ ２ ＋１腔 型设
第２ ５卷 第 ３期
２ ０ １ ３年 ３月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ Ｇ Ｈ ＰＯ Ｗ ＥＲ ＬＡ ＳＥＲ Ａ Ｎ Ｄ Ｐ源自 Ｒ Ｔ Ｉ ＣＬＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖｏ １ ． ２ ５，Ｎｏ ． ３
Ｍ ａ ｒ ．， ２ Ｏ１ ３
文章编 号 ： １ ０ ０ １ — ４ ３ ２ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ７ ３ ７ — ０ ４
低反轰热阴极微波电子枪初步实验
的方法 ， 并取 得 了进展 ＿ ， ３ 日本 ＡＥ 的轴 耦合 结构 （ Ｃ ） 波 电子枪 的平 均反轰 功率 减小 至 １ １Ｗ ； ］ Ｔ Ｏ Ｓ微 ． 国内提 出
的 １ ２ ／ ＋１腔型设 计 ， 将 电子 的平 均 反轰功 率 降低到 约 ３ ６Ｗ 。 ／ ＋１ ２ 也 ． 中 国工程 物 理研究 院应 用 电子学研 究所 进行 了紧凑 型 自 由电子激 光 太赫 兹 源注 入器 的研 制 ， 已成 功研 并 制 出 了作为关 键部 件之 一 的热 阴极 微 波 电子 枪 。 由于该 微 波 电子枪 采 用 了两 路微 波 馈 入 和 独立 调 谐 结构 设 计， 因此 ， 热测 实验 中 ， 在 通过 移相 器和 衰减器 可 以实现 对微 波 电子 枪各 腔 电场相位 和 幅值 的实时调 节 ， 而达 从 到 减小 电子束 反轰 功率 、 优化 束流 品质 的 目的 。 目前 已经完 成 了微 波 电子 枪腔 体 的加工 、 测 调试 和 焊接 ， 冷 并 建 立 了热测 实验装 置 ， 进行 了初步 热测 实验研 究 。
屏 法 测 量束 流 发 射度 ， 到 归 一 化 发 射 度 约 为 １ ． ・ｉ ・ ａ ， 试 指 标 与 理 论 设 计 值 吻 合 较 好 。 得 ３５ Ｆｍ ｍｒｄ 测 ｌ 关 键 词 ： 紧 凑 型 ； 太 赫 兹 源 ； 热 阴 极 微 波 电 子 枪 ； 自由 电子 激 光 中图分类号 ： Ｔ ５３ Ｌ ０ 文 献 标 志码 ： Ａ ｄ ｉ１ ． ７ ８ ＨＰ Ｂ ０ １３ ０ ２ ２ ｏ：０ ３ ８ ／ Ｉ ２ １ ２ １ ． ７９ Ｐ
低 反 轰 热 阴极 微 波 电子枪 初 步 实验
柏 伟， 黎 明， 沈旭 明， 陈亚男， 王汉斌 ， 单李军， 陈天才
海波管构造和工作原理
海波管的构造和工作原理1. 引言海波管（Klystron）是一种重要的微波放大器和发生器，广泛应用于雷达、通信、微波加热等领域。
它利用电子在电磁场中的相互作用来放大微波信号。
本文将详细介绍海波管的构造和工作原理。
2. 构造海波管主要由电子枪、聚束系统、互作用腔和收集器四部分组成。
2.1 电子枪电子枪是海波管的发射部分，它由阴极、阳极和加速电极组成。
阴极是一个发射电子的热阴极，通过加热阴极使其发射电子，阳极提供加速电压使电子获得足够的动能。
2.2 聚束系统聚束系统用于将电子束聚焦到互作用腔中，它由聚束极和聚束磁铁组成。
聚束极通过调节电压使电子束聚焦，聚束磁铁则通过提供磁场使电子束做径向运动。
2.3 互作用腔互作用腔是海波管的核心部分，它由输入腔、互作用腔体和输出腔组成。
输入腔接收微波信号并将其耦合到互作用腔体中，互作用腔体通过电磁场与电子束相互作用，使电子获得或失去能量，实现微波信号的放大。
输出腔将放大后的微波信号从互作用腔体中取出。
2.4 收集器收集器用于收集经过互作用腔后的电子束，它由收集极和反射极组成。
收集极吸引电子束，使其聚集在一起形成电流，反射极则将未被收集的电子反射回互作用腔。
3. 工作原理海波管的工作原理可以分为四个阶段：发射、聚束、互作用和收集。
3.1 发射在发射阶段，通过加热阴极，使其发射电子。
阴极表面的热电子被加速电压吸引，形成初级电子束。
初级电子束经过电子枪的阳极和加速电极后获得足够的动能，进入聚束系统。
3.2 聚束在聚束阶段，聚束极通过调节电压，使电子束在径向上聚焦。
聚束磁铁提供磁场，使电子束做径向运动并保持在聚束极的焦点处。
聚束后的电子束进入互作用腔。
3.3 互作用在互作用阶段，微波信号通过输入腔耦合到互作用腔体中。
互作用腔体内部产生的高频电磁场与电子束相互作用。
高频电磁场的电场对电子束施加驱动力，使电子获得或失去能量。
这种相互作用导致电子束的密度和速度的空间变化，从而实现微波信号的放大。
电子枪设计制造工艺与阴极性能分析
从 表 １不 难看 出 ， 高 温 区的零 件一 在 阴极 、 热子 、 阴 极支 持筒 、 屏 筒 、 焦 极 、 网等 应 采 用 高 熔 点 热 聚 栅 的 金属 一鳊 、 、 铼 合 金 等 材 料 ， 非 高 温 区的 阳 钼 钼 而 极 等零 件则 可选 择 真空 性能 好 的不锈 钢 等材 料 。
图 １为常见 行 波管 电子枪 瓷 封件 示意 图 。 电子
枪 瓷封 件结 构特 别要 强调 下 面几个 问题 ：
（） １ 电子 枪 瓷 封 件封 接 工 艺 。电子 枪 瓷 封 件 封
：璺 Ｑ 衄
多 出在 阴极 、 阳极 及 其 它 的 支持 结 构 出现 了倒 角 不 够 光 滑 ， 洁度 不 高 的问 题 。如 图一 中 的 阳极 支 片 光
金 属铪 、 、 等 是 对 阴 极 不利 的 材料 ， 采 用 锆 钽 在 栅控 枪 的微 波管 中为 了防止 阴极 活性 对栅 网造 成 的 栅 放影 响可 以利 用 这 类 材 料 的性 质 ， 它 镀 在 栅 网 将 的 表面 以 防 栅 流 的 出现 。２ ０ ０ ８年 某 课 题 在 制 管 过 程 中 阴栅漏 电问题 很 严 重 ， 且 在 老 炼 过 程 中变 得 并
应 达 到 标 注 ０ ４以 上 的 水 平 ， 防 止 出 现 高 压 打 火 ． 以
现 象 。通 常高 压 打火 现 象 伴 随 零 件放 气 、 属蒸 发 金 发生 ， 这对 阴 极 是 有很 大 的伤 害 作 用 。在 制管 过 Ｊ
越 来越 差 ， 经过 外部 清洗 处 理和 打高 压没 有解 决 ， 我
质 量 极 好 ， 电 子 轨 迹 无 交 叉 、 流 性 好 、 腰 平 坦 即 层 注
性好 、 压缩 比小等 因素 。
第一章 微波电真空器件概述
（1）轴对称收敛型电子枪（focusing electrode）
使用最广，圆状型或圆环型的电子注的产生。 TWT，BWO。 O型器件中 阳控枪： 栅控枪：
电子科技大学物理电子学院
微波电真空器件国家级重点实验室 1.3 微波真空器件中的电子注
1.3.2 简介电子光学系统 电子枪：
图1－9会聚枪的设计思想与实际结构示意图 （a）设计思想 （b）台阶形聚束枪 （c）圆筒形聚束枪 电子科技大学物理电子学院
0.1-10 THz (广义)
0.3-3 THz （狭义）
电子科技大学物理电子学院
微波电真空器件国家级重点实验室 1.1 微波电真空器件的发展
（2）普通电子管，如二极管、三极管、四极管、五极管 等就目前情况几乎全部被固态器件所取代。
（静电控制原理）p307
（3）微波电真空器件（动态控制原理）是从普通电子管 的基础发展起来的。 普通电子管 微波频段限制 （a）电子渡越时间的限制。
1.1 微波电真空器件的发展
1.2 微波管的主要参量
1.3 微波真空器件中的电子注
电子科技大学物理电子学院
微波电真空器件国家级重点实验室 1.1 微波电真空器件的发展
（1）定义： 利用带电粒子在电极间的运动过程从而实现微波信号
的产生或放大的一种电子系统—微波电真空器件。
0.1-30 GHz 30-300 GHz 300-3000 GHz THz 微波 毫米波或亚（sub）毫米波
3 2 a
当 T 与
d ac
可以比拟时：
（i）对于二极管而言，电子在从阴极向阳极飞越的过
程中，阳极电压已经发生了变化，甚至从正半周变为了负
半周，会阻止电子继续向阳极飞行。