[发明专利]一种微波调制相位可控的多电子注冷阴极电子枪

说明书

该发明属于可集成电真空辐射源器件配套用冷阴极电子枪，包括：电子枪壳体及其底座，上、下电极板及设有与冷阴极的个数相同通孔的微波输入层，微波输入层中各通孔分别与上、下电极板一并组成相应个数的互作用腔，各冷阴极分别嵌于相应互作用腔底部的下电极板上，在正对每个互作用腔的上电极板区域内均开设了一组各孔尺寸都小于微波波长的阵列式电子注输出孔。该发明具有注波互作用空间小，可按要求馈入不同频率的微波来调制多个冷阴极发射电流、以产生不同调制频率及强度的多个电子注，而且每个电子注微波调制相位可控，可为集成微型电真空辐射源器件提供多个电子注源，且输出功率大，有效扩大了应用范围等特点。

技术领域

本发明涉及一种可集成电真空辐射源器件配套用电子枪，特别是一种可调节馈入微波频率以产生不同调制频率的多个电子注、且相位可控的冷阴极电子枪。

背景技术

微波电真空辐射源器件作为雷达、电子对抗、空间通讯等军事电子系统不可缺少的核心器件一直受到广泛重视。在上述电真空辐射源器件中电子枪部件则占有举足轻重的地位，传统电真空辐射源器件中电子枪一般采用热发射阴极系统，经过几十年的发展，热发射阴极工艺已非常成熟，被广泛应用于各类电真空辐射源器件中，但热发射阴极存在以下显著缺点：结构复杂，成本高，阴极系统由多种金属和陶瓷部件构成，由于热阴极工作在上千度的高温环境，阴极中加热用的灯丝容易断裂或短路，导致器件损坏；另一方面由于工作时需要较长时间加热，不但增加了系统的复杂性，还降低了系统效率；此外由于热阴极结构复杂，阴极温度高也是电真空辐射源器件难以集成的主要原因之一。

微型电真空辐射源器件相比热阴极电真空器件它具有体积小、可集成等特点，在微型电真空辐射源器件中首先需要采用场致发射冷阴极来解决自由电子源的产生，场致发射是在金属或导体等表面施加高强度的电场、通过隧道效应使电子进入真空中形成电子注，从而可除去热阴极系统所必不可少的加热组件，大幅度简化了阴极结构；与热电子发射相比，场致发射冷阴极具有功耗低、可集成、尺寸小、响应速度快等一系列优点，因此它是微型电真空辐射源器件的理想电子发射源。

目前场致发射冷阴极可集成微型电真空辐射源器件的发展仍受到限制。主要原因是在可集成微型电真空器件中，由于器件尺寸小，导致注波互作用的空间也相应地大大减小。因此研究有效提高小尺寸空间中注波互作用的效率就成为发展可集成微型电真空辐射源器件的关键之一。

此外对于集成化的微型电真空辐射源器件的发展还受到相位问题的制约。当两个集成在一起的微型电真空辐射源的相位不一致且频率相近时，两个辐射源之间就会产生相干，这种相干对器件正常工作的影响是非常大的，同时也不利于器件的应用。如果两辐射源产生的高频场频率一致，相位可控，则上述问题即可解决。频率一致可以通过采用相同谐振腔系统得以保证，相位可控则难度较大。因此利用同一频率微波信号调制多电子注并实现相位可控就成为发展可集成微型电真空辐射源器件的另一关键技术。进而，如能利用多个调制相位可控的电子注同时激励某一谐振系统中的高频场，其结果可以提高注波互作用效率和辐射源工作带宽，增大辐射源输出功率。

在公告号为CN1379433A)的专利文件中公开了《一种冷阴极电子枪》，该电子枪在其底座a上的冷阴架(下电极)b上固定了一个圆形金属片冷阴极，冷阴极上方设有一个网状栅极d及其支架(上电极)c，网状栅极上方设有一个圆孔状的聚焦极f及其支架e，聚焦极f的正上方还设有一网状屏蔽极h，该网状屏蔽极h通过其支架g固定在底座a上，各电极引出线i从底座a的下部引出。该电子枪利用网状栅极d形成电子注后，通过聚焦极f汇聚电子注；但该电子枪只能通过电极高压变化对冷阴极发射的电子注进行频率调制，由于其调谐频率(10³Hz)远远低于微波频率(10⁹Hz)。因而此类冷阴极电子枪只能用于诸如冷阴极电光源、像素管(显示器)等其电子注频率远低于微波频率的器件；既不适用于可集成微型电真空辐射源器件，又因其中每个辐射源的相位难以匹配，相位相干会导致器件不能工作，因此更不能用于有多个微型电真空辐射源的集成微波源器件中。

发明内容