[发明专利]一种收集极组件、速调管永磁聚焦系统

说明书

本公开提供了一种收集极组件，包括：体芯段，包括：圆柱筒及锥形收口，所述圆柱筒及锥形收口一体成型，所述锥形收口用于电子注发散；延长段，其与所述体芯段同轴，包括：定位孔，所述定位孔与所述锥形收口连接，所述定位孔与所述锥形收口处形成通道，其中，所述通道用于发散后的电子注穿过至所述延长段进行二次发散。本公开还提供了一种速调管永磁聚焦系统。

技术领域

本公开涉及收集极组件工装设计领域，具体涉及一种收集极组件、速调管永磁聚焦系统。

背景技术

随着波长缩短，Ka波段(26.5GHz-40GHz)速调管研制面临着部件几何尺寸缩小、热耗散平衡困难、功率容量下降、元件加工困难等技术问题，国际上对Ka波段速调管的研制多数集中在几kW以下的脉冲或连续波器件，目前见报道研制成功的Ka波段扩展互作用速调管(EIK)最大峰值功率输出在20kW左右。近年来，相关气象雷达、材料处理、深空探测、微波武器系统和计量技术对Ka波段速调管100kW及更高输出功率电平提出了新的需求，Ka波段速调管各个部件的研制都由此面临新的挑战。

速调管通常由电子枪、聚焦系统、高频电路、输能装置、收集极以及钛泵等部件组成。其中，收集极部件的作用是收集经高频电路互作用后发散的电子注，将电子注的动能转换成热能，并通过外部冷却媒质带走，其结构形式、几何尺寸和冷却方式对速调管的可靠性、体积、质量和寿命等性能指标有重要影响。

在Ka波段，由于器件尺寸小而紧凑，π型永磁聚焦系统是一种合理选择，由双磁极构成的聚焦回路除了在高频电路区产生所需的主磁场外，还会分别在电子枪区域和收集极区域具有很强的反磁场，如图1所示，通过在收集极区设计磁屏圆筒加以屏蔽，反磁场强度仍可以达到主磁场的1/4至1/3。电子枪区可以通过设计和选择阴极面处于合适的磁场强度位置避免反磁场影响，而收集极区的反磁场则无法完全消除，可能会滞后电子注的发散，甚至引起二次聚焦导致电子注在收集极内表面着陆的能量密度增加，影响收集极冷却和功率承受能力。Ka波段速调管收集极的设计，一方面通过增加收集极磁屏筒长度来屏蔽部分反磁场，将收集极区的反磁场强度降低到合适的范围之内；另一方面将收集极顶端适当延长到与磁屏筒长度相近，通过兼容体积重量不过渡增长和便于收集极水路及接口设计和安装(磁屏筒内空间狭小)。

现有技术中的收集极存在如下技术缺陷：

1)当Ka波段速调管输出功率提升、所需主磁场增强的情况下，增加收集极磁屏筒长度的方式难以将收集极区域的反磁场屏蔽到足够低的安全范围，收集极内仍可能发生电子注二次聚焦，可能引起材料烧蚀或熔穿，因此现有收集极设计的结构功率承受能力受限。

2)收集极顶端延长后，拉长了电子注的发散空间，圆柱形电子注内部靠近中心部分的电子得不到及时回收，受反磁场作用击打在内壁上产生二次电子和反射电子的几率高，可能增加由返回电子引起的速调管振荡和工作不稳定性。

发明内容

为了解决现有技术中上述问题，本公开提供了一种收集极组件、速调管永磁聚焦系统，通过将收集极圆柱形内壁在前半部分设置锥面收口，使多数电子注在锥面附近均匀发散，以确保电子注中心为数不多的高能电子穿过从而不会在此处着陆能量密度集中，避免造成材料烧蚀或熔穿的问题。

本公开的一个方面提供了一种收集极组件，包括：体芯段，包括：圆柱筒及锥形收口，所述圆柱筒及锥形收口一体成型，所述锥形收口用于电子注发散；延长段，其与所述体芯段同轴，包括：定位孔，所述定位孔与所述锥形收口连接，所述定位孔与所述锥形收口处形成通道，其中，所述通道用于发散后的电子注穿过至所述延长段进行二次发散。

进一步地，该收集极组件还包括：水套筒，其套设于所述体芯段及所述体芯段外侧，并与所述体芯段及所述体芯段外侧形成空腔，所述空腔用于注入冷却介质对所述体芯段及所述体芯段进行冷却处理。

进一步地，水套筒包括：同轴设置的内套筒和外套筒，所述内套筒与所述体芯段及所述延长段外侧形成第一空腔，所述外套筒与所述内套筒外侧形成第二空腔。