1．引言

　　隨著半導體工業的高速發展，半導體器件因其體積小、能耗低、性能穩定等優點而逐漸取代了大部分電子管器件，但在現代無線電工程系統中，大功率、超高頻電子器件仍占有不可取代的地位。在電臺和雷達發射系統中，磁控管、速調管、行波管、EBS管等大功率高頻電子發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，將電源能量轉變為高頻振蕩能量。一個發射系統的質量主要取決于電子發射管的性能，而電子發射管的射頻性能、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，研究電子注的結構和參量，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，對于提高電子發射管的性能有著重要意義。電子注分析系統就是根據上述要求設計和研制的，該系統可對電子注的結構和性能進行實驗研究，可完成電子注各種參數的全面測量。

2．電子注分析系統工作原理

　　電子注分析系統工作原理如圖1所示。該系統主要由待測電子槍、收集極、XYZ三坐標精密移動工作臺、電流放大器、A／D轉換器以及計算機數據采集系統和信息處理系統組成。待測電子槍是電子注發射系統，由燈絲、陰極、調制陽極（或控制柵）和聚焦極組成，電子槍經陰極發射一束電子流，通過調制陽極（或控制柵）的調制，再經聚焦極形成電子注。收集極和XYZ三坐標精密移動工作臺是電子注分析系統中最關鍵的部件。為精確分析電子注結構和各參數的特性，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律等參數。為滿足測量要求，我們設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。在收集極的結構設計上，應考慮因電子注進入其內部后電子束流轟擊其表面而產生二次電子發生和防止反射電子逸出。收集極在三維空間三個坐標方向上的運動由XYZ三坐標精密移動工作臺來完成。計算機系統根據測量要求發出指令，由步進電機驅動精密移動工作臺坐標軸帶動收集極在三維空間內運動并獲取采樣信息。收集極輸出的電子流經電流放大和A／D轉換后輸入計算機。計算機系統對采樣數據進行分析和處理，獲得電子注參量和工作特性，并打印數據、表格和曲線。

圖1　電子注分析系統工作原理圖

3．三坐標精密移動工作臺的設計

　　三坐標精密移動工作臺是整個電子注分析系統的核心部分，也是設計難度最大的部分。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指標完全取決于三坐標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，當真空度低于1.33×10^{－3時，電子注軸線附近會形成嚴重的離子積累效應及離子與電子的中和現象，致使電子槍陰極中心產生離子斑，離子斑的存在會使電子注表現出明顯的非層流性和<}