皮爾斯電子槍，採用在兩無限大平行板、無限長同軸圓筒和同心球面之間的電位分布，在平板電極間切出截面為矩形的帶狀電子注、在同軸圓筒中切出楔形電子注或在球形電極中切出椎形電子注，以切出電子注邊緣軌跡場分布作為邊界條件，求解電子注外的拉普拉斯方程，找出等位面的分布和形狀。再按照等位面形狀求出電極，加上合適的電位，即形成皮爾斯電子槍。
基本介紹
- 中文名：皮爾斯電子槍
- 外文名：Pierce electron gun
- 提出人：皮爾斯
- 提出時間：1954年
- 類型：平行、楔形、圓錐形等
- 理論依據：行波管電子光學
理論依據,類型,主要參量,
理論依據
行波管電子光學系統由電子槍，磁聚焦系統和多級降壓收集極三部分組成，電子槍用於產生一定形狀和滿足相關參量的電子束，聚焦系統用來使電子束在通過高頻系統時維持一定的形狀，並與行波場之間相互作用，產生能量交換，以放大高頻信號。高質量的電子注對於行波管得到滿意的增益、效率、穩定的工作狀態和較小的噪聲等是非常重要的。所以，提高電子注的產生成形系統的技術水平將對研製新型行波管器件具有極大促進作用，因此電子光學系統的設計是行波管設計中的重要環節。
強流電子槍一般由球面陰極、聚焦極和帶孔陽極構成。強流電子槍與弱流電子槍主要是由空間電荷效應強弱來相區分的，空間電荷效應強弱用P來表示。所謂空間電荷效應，就電磁場對在其中運動的電子注產生作用，而電子束的運動又會顯著影響其周圍的電磁場分布，產生一個自洽效應。空間電荷效應在橫向和縱向產生的效果是不一樣的，由此可將其分為橫向空間電荷效應和縱向空間電荷效應。在橫向，電子注產生的空間電荷場將將使得電子束在空間中發散；在縱向，由於電子注的存在將改變腔體內電位分布，在陰極附近形成虛陰極，使電子的運動速度減慢，當電子越過陰極勢壘後又會使其速度加快，總的來說會減慢電子注的運動，因此強流電子槍的設計相對於弱流電子槍較困難些。
皮爾斯在1954年提出了一種理論計算強流電子槍方法並取得了成功，通過該方法設計出來的電子槍稱為皮爾斯電子槍。
類型
皮爾斯電子槍可分為平行電子槍、具有楔形電子注的柱形電子槍、具有圓錐形電子注的球形電子槍三種。
主要參量
軸對稱收斂型皮爾斯電子槍廣泛用於O型微波器件中。電子槍主要由陰極、陽極、聚焦極三部分構成，可以分為槍區、陽極孔、漂移區三個區域來進行分析計算。槍區為陰極與陽極之間的區域，此區域中具有與球形二極體相同的電位分布和電子軌跡。
沿軌跡電位分布為：
式中：
漂移區為陽極孔後面的空間，此空間內電位幾乎相同，可稱之為等位空間。在漂移區，電子的運動軌跡主要由注入角
和注入半徑來決定，通過求解等位空間中電荷的發散方程即可得出。隨著電子的向前運動，電子束將有一個最小截面半徑，稱之注腰半徑
，此時的縱向位置稱之為射程
，當電子束通過射程位置後將發散。
我們通常用如下一些參量來描述電子槍：
1、導流係數
它描述了空間中電子注所產生的空間電荷效應的強弱，強流與弱流電子光學正是通過導流係數的大小為標準來區分的；
2、注腰半徑
即電子束最小截面半徑。一般認為是包含有95%電流的電子束所能達到的最小半徑值。
3、射程
即電子束最小截面在縱向所處位置，又稱注腰位置。定義為陰極面到電子束最小截面半徑的距離。
4、面積壓縮比
即為陰極面面積與注腰截面面積之比，也可以表示為注腰處平均電流密度與陰極面發射平均電流密度之比。
5、表征熱初速度大小的量
如果電子槍陰極溫度比較高、陰陽極電壓比較低和電子槍導流係數較小，電子的發射初始熱速度就對電子注的聚焦產生影響，有明顯的發散作用。
6、電子注的層流性
電子注的層流性表示電子軌跡是否交叉或交叉的程度，是電子槍的質量判定重要標準之一。如果電子注的層流性較好，則電子注聚焦時用較小的磁場就能得到較好流通率，電子束與高頻場的能量交換就更加充分，電子效率更高，同時高頻場引起電子注的散焦截獲也小。
