【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于脉冲电子束测量的，尤其涉及一种面向太赫兹波辐射源研究的脉冲电子束法拉第杯装置。
技术介绍
1、发展更宽频带的毫米波卫星通信是实现大容量通信的重要方向，基于太赫兹的通信技术能够极大地拓宽通信系统的容量。太赫兹波在短距离超高速无线通信方面具有巨大的应用前景，实验室条件下，220ghz频率信号的传输速率能够达到20gb/s。因此，研制高功率、低成本、桌面级稳定工作的太赫兹波辐射源成为研究的热点。目前，基于多间隙空心阴极强流脉冲电子束驱动的空心返波振荡器能够产生200ghz、20w的微波辐射。为此，如何获取高能量密度的空心阴极强流脉冲电子束，如何精确测量研究空心阴极强流脉冲电子束的特性分布，成为探究高效率太赫兹波辐射源的重点。
2、空心阴极脉冲电子束相对于传统的热阴极电子束、场发射电子束等，兼具高电流密度和低发射度的特点，在材料处理、薄膜制备以及气体激光器等领域具有广泛的应用前景。空心阴极脉冲电子束具有三个典型特点：纳秒级脉宽，毫米级束斑，低真空环境下的自聚焦传输；其中纳秒脉宽和毫米束斑对测量设备提出很高的要求。由于缺乏有效的测量手段，空心阴极强流脉冲电子束的束流密度及能量分布特性缺少更全面的研究和评估。
3、在脉冲电子束束流特性的测量中，专利cn201410088372.4提出法拉第杯阵列对电子束电流进行采集的方案，但由于空心阴极强流脉冲电子束束斑为毫米量级，较难实现高的测量分辨率。专利cn 114047540a利用电子束的切伦科夫辐射和高速光学成像的原理获取束流密度分布信息，但无法获取纳秒脉冲电
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种面向太赫兹波辐射源研究的脉冲电子束法拉第杯装置，能够对纳秒脉宽、毫米束斑的空心阴极脉冲电子束束流和能量性能进行评估。
2、为解决上述问题，本专利技术的技术方案为：
3、一种面向太赫兹波辐射源研究的脉冲电子束法拉第杯装置，包括：法拉第杯体、上盖板、下盖板、圆形收集板、环形收集板及信号测量转换模块；所述圆形收集板、环形收集板固设于所述上盖板上，并且各连接一信号测量转换模块；所述信号测量转换模块位于所述法拉第杯体内，并与所述下盖板固连；
4、其中，所述圆形收集板安装于所述上盖板的中心，其与所述信号测量转换模块的组合用于实现测量空心阴极强流脉冲电子束束流截面的中心区域的电子束电流；
5、所述环形收集板安装于所述圆形收集板的外侧，其与所述信号测量转换模块的组合用于实现测量空心阴极强流脉冲电子束束流截面的边缘区域的电子束电流；
6、结合所述圆形收集板及环形收集板的面积，计算得到不同直径处电子束电流的密度；
7、所述信号测量转换模块通过sma接头与所述下盖板固连，其特性阻抗和几何尺寸与sma接头保持匹配，测量得到的信号通过所述sma接头连接相应的双层屏蔽同轴线输出，以提高电子测量的响应速度。
8、根据本专利技术一实施例，所述圆形收集板或环形收集板为金属铜、不锈钢或石墨制成的具有通孔的快脉冲电子束收集板。
9、根据本专利技术一实施例，所述上盖板由绝缘材料制成，加工同心的圆形和环形沉孔，以实现不同电子收集板的精确安装定位和相互之间的电隔离；
10、所述法拉第杯体及下盖板均由金属黄铜制成，以隔离空心阴极强流脉冲放电产生的电磁噪声，屏蔽环境中的电磁干扰；
11、所述下盖板与sma接头法兰实现可靠电连接，并由金属密封胶对连接缝隙处进行填充，实现整体可靠接地与电磁屏蔽。
12、根据本专利技术一实施例，所述信号测量转换模块包括连接转换体、石墨电阻、sma接头，所述连接转换体的一端与所述圆形收集板或环形收集板固连，另一端与所述石墨电阻的一侧以及sma接头的内导体实现可靠电连接；
13、所述石墨电阻呈圆筒状，所述sma接头的一端保留内导体与绝缘体，并内嵌于所述石墨电阻的内孔中；
14、所述石墨电阻的内孔与sma接头的绝缘体外径之间为过渡配合，以保证石墨电阻与sma内导体间的特性阻抗为50欧姆。
15、根据本专利技术一实施例，所述sma接头的无螺纹侧法兰面通过下盖板与所述石墨电阻另一侧实现可靠电连接，所述sma接头的特性阻抗为50欧姆；法拉第杯经由所述sma接头通过绝缘隔板安装在真空舱内。
16、一种面向太赫兹波辐射源研究的脉冲电子束法拉第杯装置的测量系统，其特征在于，包括：
17、法拉第杯装置的外环输出端通过穿壁真空同轴接插件电连接外环可调电阻和接地电阻；
18、法拉第杯装置的内环输出端通过穿壁真空同轴接插件电连接内环可调电阻和接地电阻；通过以下拟合方程，得到不同时刻不同位置处的电子能量分布：
19、
20、其中，i＝1,2表示不同的径向位置；j＝1,2,3,4；k＝0,1,2,……n表示不同的时刻，u表示电子能量，单位为v，ai,j,k和bi,j,k分别表示与时间、半径、指数分布参数相关的系数；
21、其中，fi,k(u)通过法拉第杯装置进行实验采集获得：
22、
23、式中，i＝1,2时，si、ii(t)、vbi、rgi、r∑i分别表示圆形电子收集板和环形电子收集板的面积，对应回路的电子束电流，电压测量值，接地电阻，包含偏置电阻的环路总电阻。
24、本专利技术由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
25、本专利技术一实施例中的面向太赫兹波辐射源研究的脉冲电子束法拉第杯装置，通过圆形收集板和环形收集板接收不同直径处电子束电子，每个收集板连接纳秒级时间响应的信号测量转换模块，将电子束电流信号转化为成比例的电压信号输出，从而获得电子束两个不同直径处的电流密度，通过不同径向位置处不同的偏置电压实现电子能量空间分布测量。从而提高电子束测量的精度和测量设备的响应速度。
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1.一种面向太赫兹波辐射源研究的脉冲电子束法拉第杯装置，其特征在于，包括：法拉第杯体、上盖板、下盖板、圆形收集板、环形收集板及信号测量转换模块；所述圆形收集板、环形收集板固设于所述上盖板上，并且各连接一信号测量转换模块；所述信号测量转换模块位于所述法拉第杯体内，并与所述下盖板固连；
2.如权利要求1所述的面向太赫兹波辐射源研究的脉冲电子束法拉第杯装置，其特征在于，所述圆形收集板或环形收集板为金属铜、不锈钢或石墨制成的具有通孔的快脉冲电子束收集板。
3.如权利要求1所述的面向太赫兹波辐射源研究的脉冲电子束法拉第杯装置，其特征在于，所述上盖板由绝缘材料制成，加工同心的圆形和环形沉孔，以实现不同电子收集板的精确安装定位和相互之间的电隔离；
4.如权利要求1所述的面向太赫兹波辐射源研究的脉冲电子束法拉第杯装置，其特征在于，所述信号测量转换模块包括连接转换体、石墨电阻、SMA接头，所述连接转换体的一端与所述圆形收集板或环形收集板固连，另一端与所述石墨电阻的一侧以及SMA接头的内导体实现可靠电连接；
5.如权利要求4所述的面向太赫兹波辐射源研究
6.一种实现如权利要求1至5中任一所述的面向太赫兹波辐射源研究的脉冲电子束法拉第杯装置的测量系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种面向太赫兹波辐射源研究的脉冲电子束法拉第杯装置，其特征在于，包括：法拉第杯体、上盖板、下盖板、圆形收集板、环形收集板及信号测量转换模块；所述圆形收集板、环形收集板固设于所述上盖板上，并且各连接一信号测量转换模块；所述信号测量转换模块位于所述法拉第杯体内，并与所述下盖板固连；
2.如权利要求1所述的面向太赫兹波辐射源研究的脉冲电子束法拉第杯装置，其特征在于，所述圆形收集板或环形收集板为金属铜、不锈钢或石墨制成的具有通孔的快脉冲电子束收集板。
3.如权利要求1所述的面向太赫兹波辐射源研究的脉冲电子束法拉第杯装置，其特征在于，所述上盖板由绝缘材料制成，加工同心的圆形和环形沉孔，以实现不同电子收集板的精确安装定位和相互之间的电隔离；...
【专利技术属性】
技术研发人员：霍卫杰，贺伟国，段欣欣，李杰，朱凯，章斌，裴家斌，蔡露露，
申请(专利权)人：上海航天测控通信研究所，
类型：发明
国别省市：
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