[发明专利]各向同性热解石墨多级降压收集极及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及真空电子技术领域，是一种各向同性热解石墨多级降压收集极及制造方法，可用于卫星行波管。

背景技术

卫星行波管作为末级功放，广泛地用于通讯、导航定位、军事测绘、微波遥感、电子侦察、数据传输等有效载荷技术，是星载核心元器件。

作为卫星用行波管，高效率是其核心技术指标之一。行波管的效率主要决定于电子效率和收集极的回收效率。电子效率达到一定限度后，很难再进一步提高，此时效率的提高主要取决于收集极的回收效率。国外高效率行波管基本上都采用多级降压收集极，采用多级降压收集极技术可将某些频段行波管的效率提高到70％以上，收集极的回收效率可达85％以上[参考文献：Menninger W L，Benton R T，Choi M S，et al.70％EfficientKu-Band and C-Band TWTs for Satellite Downlinks，IEEE Transactionson Electron Devices，2005，52(5)：673-678]。

高效率多级降压收集极可以从两个方面来实现：一个是从电子光学设计角度，对电子能量及分布、飞行轨迹进行计算和模拟，为设计高回收效率的收集极结构提供依据；另外一方面，从材料和工艺角度，选用二次级电子发射系数小的材料作为收集极电极，或者对电极表面进行技术处理，提高回收效率。

在结构设计确定的情况下，要获得更高的回收效率，收集极电极表面应具有低的二次电子发射系数。高导无氧铜是应用最广泛的多级降压收集极电极材料，但是其二次电子发射系数较高[参考文献：Curren A N andJensen K A，Secondary Electron Emission Characteristics ofIon-Textured Copper and High-Purity Isotropic Graphite Surfaces，NASA Technical Paper 2342(1984)；Ebihara B T and Ramins P，Design，1B107155

Fabrication，and Performance of Small，Graphite DaprassedCollactors With 200-W，CW，8-18GHz Traveling-Wave Tubes，NASATechnical Paper 2693(1987)]。采用离子束表面改性技术使其表面发生微米或亚微米尺度的粗化，可以显著降低无氧铜表面的二次电子发射系数[参考文献：Ebihara B T and Ramins P，Design，Fabrication，andPerformance of Small，Graphite Depressed Collactors With 200-W，CW，8-18GHz Traveling-Wave Tubes，NASA Technical Paper 2693(1987)；Curren A N，Jensen K A and Roman R F，Secondary Elactron EmissionCharacteristics of Molybdenum-Masked，Ion-Textured OFHC Copper，NASA Technical Paper 2967(1990)]。但是，离子束表面改性需要专用工艺设备，工艺机理复杂，影响因素较多，导致处理过程控制难度较大。而且，对实际工件的处理还需要设计专门的工装卡具，效果也受到一定限制。在长时间工作的条件下其可靠性能否满足空间行波管的使用要求尚存在种种疑问。

采用二次电子发射系数小的石墨类材料(各向同性石墨和热解石墨等)也可以获得高的回收效率，在此基础上再进行离子束改性处理可以获得更佳的实验效果[参考文献：Ramins P and Curren A N，Performance ofTextured Carbon on Copper Electrode Multistage Depressed Collactorswith Medium-Power Traveling Wave tubes，NASA Technical Paper2665(1986)]。但是，由于普通压制石墨材料的结构一般比较疏松、含气量高、强度较低，在电子束的长期轰击下容易产生石墨微尘，致使收集极的绝缘性能难以保证。而各向异性热解石墨的制备工艺虽然与各向同性热解石墨类似，但其结构疏松(层状结构，层与层之间结合强度低，容易剥离而产生颗粒)、含气量高、焊接难度较大，难于整体应用。

发明内容