新型冷阴极耦合腔行波管的仿真研究
发布时间：2021-03-05 22:34
相比热阴极,碳纳米管冷阴极具有更小的体积,在室温条件下工作,低制作成本等优点。利用碳纳米管冷阴极研制小型化电真空器件已成为研究工作者的重点关注领域。本文针对毫米波电真空器件的小型化的发展需求,对Ka波段碳纳米管冷阴极耦合腔行波管进行研究。借助电磁仿真软件,基于相同尺寸的耦合腔慢波结构且周期数相同,先后对未采用预调制电子注的热阴极行波管和采用预调制电子注的碳纳米管场致发射冷阴极行波管进行模拟。本论文所做的主要研究工作如下:1、设计了用于Ka波段的新型冷阴极耦合腔行波管碳纳米管电子枪。以场致发射理论为基础,结合碳纳米管的场致发射机制,在三维电磁模拟软件CST中构建类微带结构的碳纳米管电子枪,先对电子枪的传输特性和发射特性进行研究,研究结果表明,碳纳米管电子枪的传输特性和发射特性良好;接着计算了调制电流大小以及调制深度,保持阳极电压不变,通过改变栅极电压来调节调制电流的大小和调制深度,研究结果表明,提高栅极电压的大小,可以增大碳纳米管电子枪的调制电流和调制深度。2、先是构建耦合腔慢波结构的仿真模型,结合慢波系统的色散理论和耦合阻抗理论,对耦合腔慢波结构进行优化,讨论耦合腔慢波结构的主要结构指...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碳纳米管的结构模型（a）单壁碳纳米管；（b）单壁碳纳米管束；（c）多壁碳纳米管
冷阴极的发展、毫米波、太赫兹真空器件的关键部分，阴极的研究工作的重点关注。电真空器件的阴极分为热阴极和冷阴极两种的发展过程中，技术不断的成熟。热阴极具有稳定的性能度也比较大。但是与此同时，热阴极也存在很多缺点，热，并且需要较大的加热功率，造成严重的资源损耗。热阴要较大的工作电压，并且整个热阴极电子枪系统的体积较在这些缺点，场致发射冷阴极应运而生。场致发射冷阴极阵列阴极和碳纳米管场致发射阴极两种。场致发射阵列阴极 年代，Spindt 经过长期而大量的研究，采用半导体微细 Spindt 场致发射阴极阵列。为了降低 Spindt 阴极尖端的阴极阵列就必须非常的细，如图 1-2 所示为 Spindt 场致发扫描电子显微镜图）[6]。
所用常常采用金（Au）、钼（Mo）、钽（Ta）、钨（W）、铂（Pt）等金属制作 Spindt 阴极。李相坤等人设计了冷阴极微波电子枪[7]，该电子枪的能够达到 80MV/m 的阴极表面加速梯度，并且能够较好的抑制电子回轰，还能有效的提高电子的加速效率。1.2.2 碳纳米管场致发射阵列阴极由于碳纳米管有着较好的热学稳定性、机械稳定性和化学稳定性，使得碳纳米管冷阴极应用在真空器件中得到一种可能，并得到一定的发展[8]。近年来，碳纳米管场致发射冷阴极发展迅速，国内外研究工作者对碳纳米管场致发射冷阴极也展开了大量研究，并取得了很多重要的成果。2009 年，P. Legagneux, N. Le Sech, P. Guiset 等人利用碳纳米管场致发射冷阴极作为电子发射源应用到三级管中，如图 1-3 所示。他们利用 32GHz 高频信号，对电流进行调制，调制率达到了 82%，峰值电流密度为 1.4A/cm2。同时他们还报道了世界上第一只 C 波段行波管，其中冷阴极可以工作在连续模式和脉冲模式，电子枪可以产生 10mA 的电子注[9]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷阴极微波电子枪初步研究[J]. 李相坤,黎明. 强激光与粒子束. 2013(S1)
[2]碳纳米管冷阴极脉冲发射特性及仿真模型研究[J]. 袁学松,张宇,孙利民,黎晓云,邓少芝,许宁生,鄢扬. 物理学报. 2012(21)
[3]行波管技术现状与发展趋势[J]. 官朝晖. 真空电子技术. 2011(06)
[4]不断发展中的行波管技术[J]. 刘军华. 真空电子技术. 2010(04)
[5]螺旋线行波管注-波互作用三维粒子模拟[J]. 熊晓燕,李明之. 微波学报. 2010(S2)
[6]螺旋线行波管三维频域非线性注波互作用的计算[J]. 郝保良,肖刘,刘濮鲲,李国超,姜勇,易红霞,周伟. 物理学报. 2009(05)
[7]毫米波小型化行波管发射机[J]. 韩博,朱永亮,陈汉兴. 现代雷达. 2008(11)
[8]大功率行波管的现状与发展[J]. 字张雄. 真空电子技术. 2008(05)
[9]大功率行波管新型慢波线技术的进展[J]. 王文祥,宫玉彬,魏彦玉,余国芬,赵国庆. 真空电子技术. 2002(06)
博士论文
[1]折叠波导行波管注波互作用理论研究[D]. 颜卫忠.电子科技大学 2016
[2]改性碳纳米管的制备及其对苯系物和重金属吸附特性研究[D]. 于飞.上海交通大学 2013
硕士论文
[1]基于金属线慢波结构的太赫兹返波振荡器[D]. 许长鹏.电子科技大学 2017
[2]基于碳纳米管薄膜的柔性超级电容器研究[D]. 周妤.郑州大学 2016
[3]基于碳纳米管的场离子发射的研究[D]. 谢紫开.电子科技大学 2015
[4]X波段大功率行波管新型慢波结构的研究[D]. 占力.电子科技大学 2015
[5]耦合腔行波管的计算方法[D]. 唐亮.电子科技大学 2007
[6]室外大功率行波管发射机小型化的结构设计[D]. 罗青.南京理工大学 2006
本文编号：3065983
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碳纳米管的结构模型（a）单壁碳纳米管；（b）单壁碳纳米管束；（c）多壁碳纳米管
冷阴极的发展、毫米波、太赫兹真空器件的关键部分，阴极的研究工作的重点关注。电真空器件的阴极分为热阴极和冷阴极两种的发展过程中，技术不断的成熟。热阴极具有稳定的性能度也比较大。但是与此同时，热阴极也存在很多缺点，热，并且需要较大的加热功率，造成严重的资源损耗。热阴要较大的工作电压，并且整个热阴极电子枪系统的体积较在这些缺点，场致发射冷阴极应运而生。场致发射冷阴极阵列阴极和碳纳米管场致发射阴极两种。场致发射阵列阴极 年代，Spindt 经过长期而大量的研究，采用半导体微细 Spindt 场致发射阴极阵列。为了降低 Spindt 阴极尖端的阴极阵列就必须非常的细，如图 1-2 所示为 Spindt 场致发扫描电子显微镜图）[6]。
所用常常采用金（Au）、钼（Mo）、钽（Ta）、钨（W）、铂（Pt）等金属制作 Spindt 阴极。李相坤等人设计了冷阴极微波电子枪[7]，该电子枪的能够达到 80MV/m 的阴极表面加速梯度，并且能够较好的抑制电子回轰，还能有效的提高电子的加速效率。1.2.2 碳纳米管场致发射阵列阴极由于碳纳米管有着较好的热学稳定性、机械稳定性和化学稳定性，使得碳纳米管冷阴极应用在真空器件中得到一种可能，并得到一定的发展[8]。近年来，碳纳米管场致发射冷阴极发展迅速，国内外研究工作者对碳纳米管场致发射冷阴极也展开了大量研究，并取得了很多重要的成果。2009 年，P. Legagneux, N. Le Sech, P. Guiset 等人利用碳纳米管场致发射冷阴极作为电子发射源应用到三级管中，如图 1-3 所示。他们利用 32GHz 高频信号，对电流进行调制，调制率达到了 82%，峰值电流密度为 1.4A/cm2。同时他们还报道了世界上第一只 C 波段行波管，其中冷阴极可以工作在连续模式和脉冲模式，电子枪可以产生 10mA 的电子注[9]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷阴极微波电子枪初步研究[J]. 李相坤,黎明. 强激光与粒子束. 2013(S1)
[2]碳纳米管冷阴极脉冲发射特性及仿真模型研究[J]. 袁学松,张宇,孙利民,黎晓云,邓少芝,许宁生,鄢扬. 物理学报. 2012(21)
[3]行波管技术现状与发展趋势[J]. 官朝晖. 真空电子技术. 2011(06)
[4]不断发展中的行波管技术[J]. 刘军华. 真空电子技术. 2010(04)
[5]螺旋线行波管注-波互作用三维粒子模拟[J]. 熊晓燕,李明之. 微波学报. 2010(S2)
[6]螺旋线行波管三维频域非线性注波互作用的计算[J]. 郝保良,肖刘,刘濮鲲,李国超,姜勇,易红霞,周伟. 物理学报. 2009(05)
[7]毫米波小型化行波管发射机[J]. 韩博,朱永亮,陈汉兴. 现代雷达. 2008(11)
[8]大功率行波管的现状与发展[J]. 字张雄. 真空电子技术. 2008(05)
[9]大功率行波管新型慢波线技术的进展[J]. 王文祥,宫玉彬,魏彦玉,余国芬,赵国庆. 真空电子技术. 2002(06)
博士论文
[1]折叠波导行波管注波互作用理论研究[D]. 颜卫忠.电子科技大学 2016
[2]改性碳纳米管的制备及其对苯系物和重金属吸附特性研究[D]. 于飞.上海交通大学 2013
硕士论文
[1]基于金属线慢波结构的太赫兹返波振荡器[D]. 许长鹏.电子科技大学 2017
[2]基于碳纳米管薄膜的柔性超级电容器研究[D]. 周妤.郑州大学 2016
[3]基于碳纳米管的场离子发射的研究[D]. 谢紫开.电子科技大学 2015
[4]X波段大功率行波管新型慢波结构的研究[D]. 占力.电子科技大学 2015
[5]耦合腔行波管的计算方法[D]. 唐亮.电子科技大学 2007
[6]室外大功率行波管发射机小型化的结构设计[D]. 罗青.南京理工大学 2006
本文编号：3065983
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