阅读说明：本技术 一种一体化带状注聚焦系统 (Focusing system is annotated to integration banding ) 是由 尹鹏程 魏彦玉 徐进 岳玲娜 殷海荣 赵国庆 王文祥 方栓柱 杨瑞超 罗瑾璟 张 于 2021-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种一体化带状注聚焦系统,包括两个形状相同且镜像配置的一体化极靴和多个磁块；所述一体化极靴上设置有多个均匀分布的栅,成梳状结构；相邻两个栅之间放置磁块,从而使得栅和磁块交错放置；所述磁块充磁方向为沿带状电子注传输方向,在单个一体化极靴中,任意相邻的两个磁块充磁方向都是两两相反。本发明提出的一种一体化带状注聚焦系统,具有易于加工,加工精度高,安装方便。该结构生成的磁场精度比传统聚焦系统更高。并且经过试验对比,该结构实现的电子流通率比传统的带状注聚焦系统高出30％,从而有效提高电子效率、输出功率和降低能量损耗。面对越来越多的带状电子注器件,本发明有较为广泛的应用空间。(The invention discloses an integrated zonal focusing system, which comprises two integrated pole shoes and a plurality of magnetic blocks, wherein the integrated pole shoes are identical in shape and are configured in a mirror image mode; a plurality of grids which are uniformly distributed are arranged on the integrated pole shoe and form a comb-shaped structure; a magnetic block is arranged between two adjacent grids, so that the grids and the magnetic blocks are arranged in a staggered manner; the magnetizing directions of the magnetic blocks are along the transmission direction of the strip-shaped electron beam, and in a single integrated pole shoe, the magnetizing directions of any two adjacent magnetic blocks are opposite to each other. The integrated belt-shaped coke injection and accumulation system provided by the invention is easy to process, high in processing precision and convenient to install. The structure generates a magnetic field with higher accuracy than conventional focusing systems. And through experimental comparison, the electron current-through rate realized by the structure is 30% higher than that of the traditional strip-shaped beam focusing system, so that the electron efficiency and the output power are effectively improved, and the energy loss is reduced. The invention has wider application space in the face of more and more ribbon electron beam devices.)

一种一体化带状注聚焦系统

技术领域

本发明涉及真空电子器件

技术领域

，具体而言，涉及一种一体化带状注聚焦系统。

背景技术

带状真空电子器件在高分辨率雷达、高速数据通信、电子攻击、射电天文学等领域得到了广泛的应用。与传统的圆形柱器件相比，带状注行波管、带状注速调管、带状注自由电子激光器等带状注器件具有明显的优势。例如，已经发现带状注器件可以产生比圆形电子束器件更高的峰值功率和平均功率，因为带状电子束可以携带比传统圆形电子束更高的电流.此外，带状注足够薄且更接近高频电路的表面，因此能够与慢波结构进行良好的耦合，并具有较高的能量转换效率。这些优点刺激了SEB器件的发展。其中通过使用SEB，CPI在2009年开发了一款输出功率为5MW的X波段速调管。

但是带状注器件发展过程中，最大的难点是电子注的聚焦。由于带状电子注本身并不是轴对称的，带状电子注产生的空间电荷场也是非轴对称的。因此带状电子注非常难以被常规的手段很难聚焦。例如，人们在实验中发现带状电子注在沿电子注传输方向(z方向)的磁场作用下，经过一段距离的传输后，断裂并形成多条细丝,这被称为Diocotron不稳定性，或Diocotron不稳定性。另外由于大多数带状注器件的通道非常窄，带状电子注可以波动的范围并不大。这进一步加剧了聚焦的难度。随着对于高功率器件的需求不断增加，人们对于带状注聚焦的需求也愈发迫切。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的带状注聚焦系统结构复杂、安装不方便、生成的磁场精度不高，以及现有的带状注聚焦系统实现的电子流通率不高的问题，目的在于提供一种一体化带状注聚焦系统，解决上述的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种一体化带状注聚焦系统，包括两个形状相同且镜像配置的一体化极靴和多个磁块；

所述一体化极靴上设置有多个均匀分布的栅，成梳状结构；相邻两个栅之间放置磁块，从而使得栅和磁块交错放置；

所述磁块充磁方向为沿带状电子注传输方向，在单个一体化极靴中，任意相邻的两个磁块充磁方向都是两两相反。

本发明主要包括一体化极靴和磁块，其中一体化极靴由软磁材料制成，磁块由磁性材料制成。一体化极靴将多个栅(极靴)连接在一起构成，其中每个金属栅的底部和中间各有一对突起(极靴脚)。

进一步地，所述一体化极靴顶部厚度为t；所述一体化极靴整体宽度为ix；所述栅为周期分布的栅，栅的周期长度为p；栅的厚度为iz；栅在水平方向的交错距离为dx。

进一步地，所述栅的底部和中间各有一对突起，使得一体化极靴中存在上下两个尺寸完全一样的插槽；所述栅之间的插槽的宽度为mz，高度为my。

进一步地，所述一体化极靴由软磁材料制成，用于引导磁场向特定方向传输。

进一步地，所述磁块由磁性材料制成，为一体化极靴提供磁能。

进一步地，所述磁块的形状与插槽相适应，为矩形块，其尺寸为mz*my*ix。

进一步地，所述磁块为永磁。

本发明的工作原理：进行了充磁的磁块被插入一体化极靴中，然后上下两个一体化极靴共同作用，共同产生了一个沿着电子传输方向周期分布的磁场。这个磁场将会作用在两个一体化极靴之间的带状电子注上。通过该系统产生的周期磁场，带状电子注将会克服自身产生的空间电荷力，从而使得带状电子注可以稳定的传输。

本发明提出的一种一体化带状注聚焦系统，具有易于加工，加工精度高，安装方便。该结构生成的磁场精度比传统聚焦系统更高。并且经过试验对比，该结构实现的电子流通率比传统的带状注聚焦系统高出30％.从而有效提高电子效率、输出功率和降低能量损耗。面对越来越多的带状电子注器件，本发明有较为广泛的应用空间。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明实施例提供的一种一体化带状注聚焦系统，加工简单，精度高，可以用一块胚料一体加工，不需要额外的加工步骤，大大缩短了加工周期。此外由于所有的栅都是一次性加工完成的，因此栅与栅之间相对位置精度十分的高，大大提高了最终的电子流通效率。

2、本发明实施例提供的一种一体化带状注聚焦系统，装配简单，省略了很多用来固定的部件。

3、本发明实施例提供的一种一体化带状注聚焦系统，磁块可以从左右插入一体化极靴中，并不会弹出，不需要额外的部件固定磁块。

4、本发明实施例提供的一种一体化带状注聚焦系统，低漏磁，由于所有的栅上部都是连在一起的，因此构成了一个磁感线回路。本应该泄露的磁场会沿着上部分回到系统中，大大降低磁场泄露。

5、本发明实施例提供的一种一体化带状注聚焦系统，磁块可以从左右插入一体化极靴中，并不会弹出，也不需要额外的部件固定磁块。

6、本发明实施例提供的一种一体化带状注聚焦系统，易于调试，首先，由于每个一体化极靴由两个磁块插槽，因此可以在调试的过程中插入不同充磁的极靴进行调试，大大提高了调试的效果。

7、本发明实施例提供的一种一体化带状注聚焦系统，该结构适合毫米波太赫兹带状注器件，可以为这些器件提供高质量的电子注流通，从而提升电子效率以及输出功率，降低截获电流和管壁发热等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提供的一体化带状注聚焦系统结构示意图；

图2为本发明一体化极靴栅格结构示意图；

图3为本发明一体化极靴栅格侧面结构参数示意图；

图4为本发明一体化极靴栅格底面结构参数示意图；

图5为本发明磁块结构参数示意图；

图6为本发明提供的一体化带状注聚焦系统产生的轴向磁场曲线图；

图7为本发明提供的一体化带状注聚焦系统产生磁场对电子注的聚焦效果图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-一体化极靴，2-磁块，3-栅，4-突起。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例

如图1所示，本发明实施例提供的一种一体化带状注聚焦系统，包括一体化极靴1和磁块2。在一个完整的一体化PCM系统中，包括上一体化极靴，下一体化极靴，和磁块2。其中上一体化极靴和下一体化极靴完全相同，是一个梳状结构。一体化极靴由软磁材料制成，一体化极靴可以是铁、坡莫合金或硅钢等。在单个一体化极靴中，所有相邻的两个磁块充磁方向都是两两相反。其中磁块的尺寸跟极靴中插槽的尺寸完全相同。

如图2所示，所述栅3的底部和中间各有一对突起4，使得一体化极靴1中存在上下两个插槽；这两个插槽的尺寸完全一样。

如图3和图4所示，一体化极靴顶部厚度为t。一体化极靴整体宽度为ix。栅格之间的插槽的宽度和高度分别为mz和my。栅的周期长度为p。栅的厚度为iz。栅在水平方向的交错距离为dx。

如图5所示，磁块是一个矩形形块，且由磁性材料制成，磁块可以是钐钴磁铁、汝铁硼磁铁等。其中磁块直接插入一体化极靴中，磁块的尺寸跟插槽完全相同，其尺寸为mz*my*ix。

本发明的工作原理：进行了充磁的磁块被插入一体化极靴中，然后上下两个一体化极靴共同作用，共同产生了一个沿着电子传输方向周期分布的磁场。这个磁场将会作用在两个一体化极靴之间的带状电子注上。通过该系统产生的周期磁场，带状电子注将会克服自身产生的空间电荷力，从而使得带状电子注可以稳定的传输。

如图6所示，图6为本发明提供的一体化带状注聚焦系统产生的轴向磁场曲线图；

如图7所示，图7为本发明提供的一体化带状注聚焦系统产生磁场对电子注的聚焦效果图。

利用CST对其进行磁场仿真以及粒子追踪仿真。最终IPCM系统产生的峰值为0.21Tesla的周期磁场。并实现了对一个17kV电压和0.2A电流的带状电子注的聚焦。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。