傳統(tǒng)微波真空電子器件的電子發(fā)射源多采用熱陰極作為電子發(fā)射材料,但是熱陰極其本身具有不可忽視的缺陷,然而場(chǎng)致發(fā)射冷陰極相比熱陰極其具有很大優(yōu)勢(shì),比如其能夠提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度,降低系統(tǒng)的功耗和便于器件制備的小型化等,因此對(duì)場(chǎng)致發(fā)射冷陰極的研究得到了越來(lái)越多的科研學(xué)者的關(guān)注,尤其是碳納米管的問世,讓碳納米管取代傳統(tǒng)熱陰極成為新一代新型電子發(fā)射源材料成為了可能。慢波系統(tǒng)是行波管能夠激勵(lì)起微波信號(hào)并將其進(jìn)行放大輸出的關(guān)鍵結(jié)構(gòu),因此把碳納米管應(yīng)用到行波管中以發(fā)揮其冷陰極的優(yōu)勢(shì)具有極大的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。本論文正是基于上述背景下開展了對(duì)基于磁控注入式納米冷陰極電子槍行波管的仿真研究,論文的主要工作如下:1.介紹了場(chǎng)致發(fā)射冷陰極的優(yōu)勢(shì)以及碳納米管冷陰極材料在行波管中的應(yīng)用,同時(shí)也對(duì)行波管工作的原理及其慢波結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)要的描述。2.在理解磁控注入式電子槍原理的基礎(chǔ)上,開始在CST仿真軟件中對(duì)磁控注入式納米冷陰極電子槍進(jìn)行建模設(shè)計(jì)并對(duì)其進(jìn)行模擬計(jì)算研究,最終在不斷的優(yōu)化調(diào)試后,得到滿足需求的電子注,在對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理后,可以看出電子注的橫向速度和縱向速度分別在變大和減小,最終橫縱速度比穩(wěn)定在?=1。3.采用螺旋線作為行波管慢波系統(tǒng),并分析研究螺旋線慢波結(jié)構(gòu)的色散特性和耦合阻抗特性,采取對(duì)慢波系統(tǒng)切斷和設(shè)置集中衰減器的方法來(lái)抑制行波管的自激振蕩,并對(duì)整個(gè)慢波系統(tǒng)的傳輸特性進(jìn)行了仿真計(jì)算。4.在完成對(duì)電子槍和慢波系統(tǒng)研究工作后,開始對(duì)基于磁控注入式納米冷陰極電子槍行波管進(jìn)行PIC粒子仿真研究,從計(jì)算結(jié)果看出,行波管在工作時(shí)能夠得到穩(wěn)定的輸出功率,最后我們?cè)谄渌麉?shù)不變的情況下通過(guò)改變電子注的橫縱速度比和電子注的離散來(lái)分析對(duì)應(yīng)輸出功率的變化。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN124
【部分圖文】：

Spindt型陰極結(jié)構(gòu)示意圖

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文的條件、發(fā)射電流大等[14,15]諸多優(yōu)點(diǎn),把碳納米管作為電子發(fā)射材料，在大量驗(yàn)基礎(chǔ)上可以得到其作為陰極發(fā)射出的電流密度可以達(dá)到 109A/cm2[16],由于以上的性能優(yōu)勢(shì)，碳納米管一度被科研人員視為可以完美取代金屬作為場(chǎng)致材料，吸引了越來(lái)越多的科研學(xué)者的目光。然而，從目前來(lái)看，我國(guó)科研人碳納米管的研究和國(guó)外相比有一定的差距，屬于起步上升時(shí)期。實(shí)驗(yàn)表明，科研人員在把碳納米管作為場(chǎng)致陰極發(fā)射材料并可將其制備成一塊面積mm2大小的發(fā)射陣列時(shí)，在開啟電壓不高的情況下對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，同時(shí)極和陰極兩者間隔大小調(diào)整為 0.25mm，可以得到陰極發(fā)射出的電流密度達(dá)5A/cm2 [17]，而國(guó)內(nèi)目前得到的電流密度只能達(dá)到毫安級(jí)水平。

電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)保證，因此慢波結(jié)構(gòu)需要具備高電場(chǎng)強(qiáng)度的能力。當(dāng)前應(yīng)用比較多的慢波結(jié)構(gòu)可以分為：螺旋線慢波結(jié)構(gòu)、曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)耦合腔慢波結(jié)構(gòu)和其他類型慢波結(jié)構(gòu)，（1）螺旋線慢波結(jié)構(gòu)螺旋線慢波結(jié)構(gòu)在行波管中是應(yīng)用的最為成熟，它擁有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易加工、工作帶寬大等特性，在行波管中備受青睞。普通的螺旋慢波結(jié)構(gòu)主要由三大部分構(gòu)成即：一根一定寬度和厚度的螺旋線、一定數(shù)目和不同形狀的加持干、形狀各異的金屬殼，如圖 1-3(a)所示，此外為了提高行波管的工作性能，增加其工作帶寬，工程上一般會(huì)在金屬殼側(cè)壁上添加特定數(shù)目與外形各異的金屬材質(zhì)薄片如圖 1-3(b)所示。返波震蕩在行波管中是普遍存在的，主要是因?yàn)�，�?fù)一次空間諧波總是存在周期性慢波結(jié)構(gòu)當(dāng)中，而諧波的阻抗受同步電壓影響，會(huì)跟隨電壓的增大而提高，因此管子的輸出功率會(huì)受到阻抗增大的影響。考慮到上述的影響，在實(shí)際應(yīng)用中主要把螺旋線行波管使用在工作頻帶要求大，但對(duì)輸出功率要求不高的工程領(lǐng)域當(dāng)中。考慮到行波管應(yīng)用時(shí)在轉(zhuǎn)效率、頻帶寬度、輸出功率等方面的影響，螺旋線慢波結(jié)構(gòu)在 MPM 的小型化行波管中得到廣泛應(yīng)用。

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本文編號(hào)：2813352