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G波段EIK电子光学系统的设计

发布时间:2022-12-18 20:20
  频率在0.1~10THz范围内的电磁波称为太赫兹波。由于太赫兹波具有频率高、量子能量低、穿透性好等特点,可广泛应用于军事通信、卫星通信、无线局域网、生物医学等方面。扩展互作用速调管(EIK)是一种可工作于太赫兹波段并具有高功率输出的器件,它集合了行波管与速调管的优点。随着近年来太赫兹技术的发展,EIK在通信、国防、生物医学等领域得到了很好的应用。EIK主要由电子光学系统、高频系统、输入输出系统等组成,通过对电子注进行调制实现信号放大。电子注的特性如工作电压、电子注电流以及收集极的回收效率等都对EIK的性能有重要影响,因此电子光学系统是EIK设计的核心工作之一。本文对220GHz EIK的电子光学系统进行了研究,主要工作和创新包括以下三个部分:1.利用三维电磁仿真软件CST设计了一个电流228mA,电压18kV,注腰半径0.128mm的圆形注单阳极电子枪。为了提高电子枪性能,且考虑到实际阴极电流密度的限制,又优化出一个电流214mA,注腰半径0.12mm面积压缩比156,阴极面电流密度仅3A/cm~2的双阳极电子枪。2.分别利用二维电磁仿真软件ANSYS MAXWELL 2D和CST进行... 

【文章页数】:77 页

【学位级别】:硕士

【文章目录】:
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 太赫兹技术的发展现状
    1.2 扩展互作用速调管的发展现状
        1.2.1 电真空器件的分类
        1.2.2 扩展互作用速调管的发展现状
    1.3 电子光学系统的发展
        1.3.1 电子枪
        1.3.2 聚焦系统
        1.3.3 收集极
    1.4 数值模拟软件的发展
        1.4.1 数值模拟软件的发展现状
        1.4.2 CST全三维仿真软件在微波器件设计中的应用
    1.5 本文的主要贡献及创新
    1.6 本论文的结构安排
第二章 扩展互作用速调管电子光学系统的分析
    2.1 扩展互作用速调管的基本构成
    2.2 电子光学系统基本理论
        2.2.1 电子枪
        2.2.2 聚焦系统
        2.2.3 收集极
    2.3 热分析的相关理论
        2.3.1 传热学经典理论
        2.3.2 热传递的三种方式
    2.4 本章小结
第三章 G波段EIK电子枪和聚焦系统的联合设计
    3.1 圆形注单阳极电子枪的设计
    3.2 圆形注双阳极电子枪的设计
    3.3 电子光学系统的快速联合仿真
        3.3.1 采用二维磁场与电子枪联调
        3.3.2 采用三维磁场与电子枪联调
        3.3.3 二维磁场与三维磁场下联调结果的对比
        3.3.4 几种参数对仿真结果的影响
    3.4 本章小结
第四章 G波段EIK收集极的设计
    4.1 二次电子基本理论
        4.1.1 二次电子发射模型
        4.1.2 金属中二次电子发射的能量分布
        4.1.3 金属的二次电子发射系数
        4.1.4 二次电子对收集极的影响
        4.1.5 CST中的二次电子发射模型
    4.2 高频结构与收集极的数据对接
    4.3 EIK多级降压收集极设计
        4.3.1 5腔扩展互作用高频结构
        4.3.2 互作用后的电子注数据处理
        4.3.3 三级降压收集极的结构
        4.3.4 考虑二次电子时不同材料收集极性能对比
        4.3.5 热分析的类型
        4.3.6 CST中的热分析模型
        4.3.7 三级降压收集极的热分析
    4.4 本章小结
第五章 全文总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】:
期刊论文
[1]Ka波段10kW分布作用速调管的研究[J]. 冯海平,孙福江,盛兴.  真空电子技术. 2016(03)
[2]基于碳纳米管冷阴极X射线管电子源研究进展[J]. 赵江,谌静,王德波.  微纳电子技术. 2015(11)
[3]梯形结构高功率扩展互作用速调管[J]. 张长青,阮存军,王树忠,杨修东.  红外与毫米波学报. 2015(03)
[4]8mm毫米波测云雷达系统设计[J]. 王永亮,陆建兵,严勇,吴海军.  现代雷达. 2014(07)
[5]G波段带状注速调管电子光学系统的初步设计[J]. 杨修东,阮存军,王树忠,张长青.  微波学报. 2014(S1)
[6]94GHz机载测云雷达总体技术研究[J]. 苏涛,高仲辉,黄兴玉.  雷达科学与技术. 2013(06)
[7]Ka波段分布作用速调管技术[J]. 盛兴,韦莹,孙福江,王瑞海,冯海平,胡晓斌.  真空电子技术. 2012(02)
[8]抑制多级降压收集极二次电子发射的研究进展[J]. 王加梅,赵青,武洪臣.  功能材料与器件学报. 2012(01)
[9]行波管中静态轨迹的研究[J]. 胡玉禄,杨中海,李斌,李建清,马珊珊,黄桃,金晓林.  强激光与粒子束. 2009(12)
[10]毫米波测云雷达系统及其外场试验结果初步分析[J]. 刘黎平,仲凌志,江源,伍静,殷俊一,夏冬,陈玲.  气象科技. 2009(05)

博士论文
[1]高性能电子枪的设计与研究[D]. 李骥.中国科学技术大学 2014

硕士论文
[1]星载微波部件金属表面低能区二次电子发射特性的研究[D]. 苗光辉.中国航天科技集团公司第五研究院西安分院 2018
[2]220GHz扩展互作用速调管的理论和模拟研究[D]. 冯慧君.电子科技大学 2016
[3]行波管电子枪的优化设计[D]. 杨作为.电子科技大学 2012
[4]抑制行波管多级降压收集极二次电子发射的研究[D]. 白国栋.电子科技大学 2012
[5]行波管降压收集极的研究及热分析[D]. 王军峰.电子科技大学 2009



本文编号:3722700

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