1．引言

　　隨著半導(dǎo)體工業(yè)的高速發(fā)展，半導(dǎo)體器件因其體積小、能耗低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點而逐漸取代了大部分電子管器件，但在現(xiàn)代無線電工程系統(tǒng)中，大功率、超高頻電子器件仍占有不可取代的地位。在電臺和雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)中，磁控管、速調(diào)管、行波管、EBS管等大功率高頻電子發(fā)射管是不可缺少的核心器件。在這類器件中，最重要的組成部分是電子注，它的主要功能是在與電磁場相互作用過程中，將電源能量轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l振蕩能量。一個發(fā)射系統(tǒng)的質(zhì)量主要取決于電子發(fā)射管的性能，而電子發(fā)射管的射頻性能、頻率捷變性能、散熱性能以及功率、增益、效率等都取決于電子注的性能。因此，研究電子注的結(jié)構(gòu)和參量，分析電子注的截面尺寸及橫截面上的電流密度分布、脈動、各電子層的運動軌跡及各個電子的運動軌跡等，對于提高電子發(fā)射管的性能有著重要意義。電子注分析系統(tǒng)就是根據(jù)上述要求設(shè)計和研制的，該系統(tǒng)可對電子注的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行實驗研究，可完成電子注各種參數(shù)的全面測量。

2．電子注分析系統(tǒng)工作原理

　　電子注分析系統(tǒng)工作原理如圖1所示。該系統(tǒng)主要由待測電子槍、收集極、XYZ三坐標(biāo)精密移動工作臺、電流放大器、A／D轉(zhuǎn)換器以及計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)組成。待測電子槍是電子注發(fā)射系統(tǒng)，由燈絲、陰極、調(diào)制陽極（或控制柵）和聚焦極組成，電子槍經(jīng)陰極發(fā)射一束電子流，通過調(diào)制陽極（或控制柵）的調(diào)制，再經(jīng)聚焦極形成電子注。收集極和XYZ三坐標(biāo)精密移動工作臺是電子注分析系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件。為精確分析電子注結(jié)構(gòu)和各參數(shù)的特性，必須測量電子注總束流、電子注不同截面上各點的電流、電流密度分布以及截面積尺寸和沿軸向變化的分布規(guī)律等參數(shù)。為滿足測量要求，我們設(shè)計了入口直徑分別為0．1mm和20mm的兩個法拉第杯作為收集極。采用大口徑收集極測量電子注總束流，可使電子注全部裝入收集極，防止電子從入口處逸出；采用小口徑收集極測量電子注電流密度分布，可使電子注截面上采樣點增加以提高測量精度。在收集極的結(jié)構(gòu)設(shè)計上，應(yīng)考慮因電子注進(jìn)入其內(nèi)部后電子束流轟擊其表面而產(chǎn)生二次電子發(fā)生和防止反射電子逸出。收集極在三維空間三個坐標(biāo)方向上的運動由XYZ三坐標(biāo)精密移動工作臺來完成。計算機系統(tǒng)根據(jù)測量要求發(fā)出指令，由步進(jìn)電機驅(qū)動精密移動工作臺坐標(biāo)軸帶動收集極在三維空間內(nèi)運動并獲取采樣信息。收集極輸出的電子流經(jīng)電流放大和A／D轉(zhuǎn)換后輸入計算機。計算機系統(tǒng)對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，獲得電子注參量和工作特性，并打印數(shù)據(jù)、表格和曲線。

圖1　電子注分析系統(tǒng)工作原理圖

3．三坐標(biāo)精密移動工作臺的設(shè)計

　　三坐標(biāo)精密移動工作臺是整個電子注分析系統(tǒng)的核心部分，也是設(shè)計難度最大的部分。在測量電子注截面積尺寸、電流密度分布以及電子注沿軸向特性分布時，收集極在三維空間內(nèi)逐點采樣的間距保持性、采樣均勻性、收集極在空間的定位精度等技術(shù)指標(biāo)完全取決于三坐標(biāo)精密移動工作臺的性能。此外，真空度的高低對電子注性能影響很大，當(dāng)真空度低于1.33×10^{－3時，電子注軸線附近會形成嚴(yán)重的離子積累效應(yīng)及離子與電子的中和現(xiàn)象，致使電子槍陰極中心產(chǎn)生離子斑，離子斑的存在會使電子注表現(xiàn)出明顯的非層流性和<}