带电粒子辐照对集中衰减器碳膜结构与吸波性能的影响

发布时间：2020-07-10 03:37

【摘要】：本文以导航通讯卫星用行波管放大器工作环境对碳膜衰减器的影响为背景,利用电子加速器和正离子加速器,对碳膜衰减器样品开展了60 keV电子和质子辐照试验,总结了衰减器吸波性能和电阻随辐照注量的变化规律,并利用扫描电子显微镜、轮廓仪、纳米压痕、拉曼光谱和X射线光电子能谱仪等分析方法,研究了碳膜结构的变化,探讨了碳膜结构与吸波性能之间的关系。研究发现,经60 keV电子辐照后,碳膜的吸波性能变化不大,电子对碳膜厚度和电阻率的影响也不明显。在60 keV质子辐照后,碳膜对微波的总衰减量随辐照注量的提高而下降,在辐照注量为1E16 p/cm~2时下降幅度最大。碳膜的厚度和电阻率随质子辐照注量的增加而减小,这说明厚度的减小是质子辐照影响碳膜吸波性能的主要方式。利用拉曼光谱和XPS对辐照后碳膜的分析证明,电子和质子辐照能使碳膜内部C-O键断裂,使碳膜内部氧含量降低,氧会向表面扩散,在电子或质子的共同作用下使表面的碳膜被氧化。60 keV电子辐照不会对碳膜的晶体结构产生很大影响,而60 keV质子辐照会破坏碳膜的晶体结构,在辐照注量为1E16 p/cm~2时碳膜会由纳米晶石墨转变为无定形碳,碳膜的晶化程度,部分氢与碳结合,较少了碳膜厚度,同时提高了碳膜内的载流子迁移率,使得碳膜的电阻率下降。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN715;TB383.2
【图文】：

行波管,结构示意图

子束得到汇聚。在图中可以看到电子注会进入螺旋线中间，这是行波管的慢波结构，主要用于传输信号，当输入信号进入螺旋线后，相速度会降低，输入信号的相速度与电子注接近时，二者可以进行能量交换，此外，输入信号的色散也会被降低，电磁波能量提高，从而使输入信号得到加强，或者说信号得到增益。输入输出终端主要功能是对信号进行传导，输入终端将信号耦合到螺旋线上，输出终端则将增益后的输出信号传输到负载端，在输出端旁边还有收集极，主要是将那些和输入信号发生交互作用的电子收集起来，防止它们反射到螺旋线处，造成信号中产生杂波[2]。在收集极处，电子虽然与输入的微波信号交换了部分能量，但能量依然很高，这会使行波管局部的温度升高，影响其正常工作，同时也可能影响行波管中的气体环境，一般需要通过在收集极附近设置散热器来解决。电磁波在管内传播时，可能会发生自激振荡，使得行波管的输出端出现杂波，为了避免这一问题，常见的方法是在行波管中设置衰减器以吸收杂波，目前最常用的方法是在螺旋管的支持杆上镀一层碳膜，达到吸波的目的[3]。RF 输入螺旋线 RF 输出

自激,行波管,输出功率,螺旋线

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文称作自激震荡，行波管正常工作时，如果有自激振中引入杂波，如图 1-2 所示，图中的 BWO 指自激震计算值，自激震荡在 11GHz 使输出微波的功率下降响，因此，这种现象必须加以抑制，这就需要采用合，目前的已研究的方法很多，包括对行波管的电路和管内壁粗糙度[5]，以及在行波管中设置衰减器，在常用方法。中的夹持杆主要是为了固定螺旋线，但是，作为信号位置，螺旋线中的信号损耗应该尽可能少，这要求夹能小，一般使用介电常数较小的材料，包括氧化铍横截面一般为方形或者圆形，这样可以保证螺旋线电子通过。

电磁屏蔽,碳材料,碳纤维

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文波性能可以通过调整表面张力、官能团和粘度来实现[12]。在一些实际应用中也将石墨作为涂层涂在相应的部件上起到电磁屏蔽的作用，当然，近年来各类新型碳材料的发展也使涂层所用的材料种类越来越多，典型的如碳纳米管/聚酰胺树脂涂层，加入 20%的碳纳米管后最大屏蔽效率可以达到 72dB[14]。在炭黑之后碳纤维得到了人们的关注，它的密度小、强度高，非常适于制作高性能的吸波复合材料。但是，碳纤维的电阻率高，这会使电磁波很容易在其表面被反射，因此要对碳纤维进行其他处理才能让它有良好的吸波性能。例如，对碳纤维表面进行活化处理，可以有效提高电磁波在材料内部的反射次数，使材料对电磁波的损耗增加。有研究者将碳纤维在 CO2气氛中加热至1000℃，保温 1h 之后通 N2降温，这样活化后的碳纤维掺入环氧树脂中能使衰减量由29.6dB 提高到 38.8dB[15]。当然，也可以将碳纤维与 SiO2、Fe3O4等氧化物制成复合材料[16]，通过调节碳纤维介电常数来调节吸波性能[17]。

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