本技术涉及一种太赫兹回旋行波管低速磁控注入电子枪及其设计方法,属于真空电子器件技术领域。该电子枪设计包含阴极和阳极结构,其中阴极由底台、后成型极、发射带和前成型极组成,旨在优化电子束的注入效率和性能。
背景技术
电子回旋脉塞(Electron Cyclotron Maser,ECM)机理是一种基于相对论辐射的机制,利用回旋电子注和电磁波之间的相互作用从而产生高功率的微波辐射。回旋行波管是基于ECM机理工作的微波放大器件,该器件具有高效率、宽频带、大功率的特点,广泛应用于雷达成像、通信以及电子对抗。
为了进一步提升成像分辨率,保障通信抗干扰能力和带宽,急需研制宽带大功率太赫兹回旋行波管。受尺寸共渡效应影响,当工作频率达到G波段时,对于TE02模回旋行波管的传统磁控注入电子枪结构,其阴极发射带半径仅有1.7mm左右,前成型极圆台顶部半径更是仅有1mm左右。在阴阳极电压差达到50kv的情况下,阴极表面非常容易形成尖端电场,该电场在前成型极圆台边缘已经倒角的情况下依旧可以达到3×107
v/m3×107
v/m,远大于目前真空条件所要求的安全电场2×107
v/m2×107
v/m。同时,尖端电场的存在导致阴极表面电场分布不均,发射带前后端电场差值较大,电子轨迹难以控制,易造成较大的速度零散,无法得到可以与电磁波高效互作用的电子注。
目前,有研究人员针对太赫兹回旋行波管电子枪存在的上述问题提出了改进的阴极结构,主要是将阴极发射带以及前成型极的母线由直线替换为曲线形式,用以降低电场峰值、调整阴极表面电场分布并降低电子枪速度零散。但是,该曲线主要通过多点拟合的方式获得,这导致建模和优化过程中需要考虑的参数较多,且针对发射带曲线的优化目标不明确,设计时间长,设计难度大。
实现思路