相比熱陰極,碳納米管冷陰極具有更小的體積,在室溫條件下工作,低制作成本等優(yōu)點。利用碳納米管冷陰極研制小型化電真空器件已成為研究工作者的重點關(guān)注領(lǐng)域。本文針對毫米波電真空器件的小型化的發(fā)展需求,對Ka波段碳納米管冷陰極耦合腔行波管進(jìn)行研究。借助電磁仿真軟件,基于相同尺寸的耦合腔慢波結(jié)構(gòu)且周期數(shù)相同,先后對未采用預(yù)調(diào)制電子注的熱陰極行波管和采用預(yù)調(diào)制電子注的碳納米管場致發(fā)射冷陰極行波管進(jìn)行模擬。本論文所做的主要研究工作如下:1、設(shè)計了用于Ka波段的新型冷陰極耦合腔行波管碳納米管電子槍。以場致發(fā)射理論為基礎(chǔ),結(jié)合碳納米管的場致發(fā)射機(jī)制,在三維電磁模擬軟件CST中構(gòu)建類微帶結(jié)構(gòu)的碳納米管電子槍,先對電子槍的傳輸特性和發(fā)射特性進(jìn)行研究,研究結(jié)果表明,碳納米管電子槍的傳輸特性和發(fā)射特性良好;接著計算了調(diào)制電流大小以及調(diào)制深度,保持陽極電壓不變,通過改變柵極電壓來調(diào)節(jié)調(diào)制電流的大小和調(diào)制深度,研究結(jié)果表明,提高柵極電壓的大小,可以增大碳納米管電子槍的調(diào)制電流和調(diào)制深度。2、先是構(gòu)建耦合腔慢波結(jié)構(gòu)的仿真模型,結(jié)合慢波系統(tǒng)的色散理論和耦合阻抗理論,對耦合腔慢波結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,討論耦合腔慢波結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)指... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

碳納米管的結(jié)構(gòu)模型（a）單壁碳納米管；（b）單壁碳納米管束；（c）多壁碳納米管

冷陰極的發(fā)展、毫米波、太赫茲真空器件的關(guān)鍵部分，陰極的研究工作的重點關(guān)注。電真空器件的陰極分為熱陰極和冷陰極兩種的發(fā)展過程中，技術(shù)不斷的成熟。熱陰極具有穩(wěn)定的性能度也比較大。但是與此同時，熱陰極也存在很多缺點，熱，并且需要較大的加熱功率，造成嚴(yán)重的資源損耗。熱陰要較大的工作電壓，并且整個熱陰極電子槍系統(tǒng)的體積較在這些缺點，場致發(fā)射冷陰極應(yīng)運而生。場致發(fā)射冷陰極陣列陰極和碳納米管場致發(fā)射陰極兩種。場致發(fā)射陣列陰極 年代，Spindt 經(jīng)過長期而大量的研究，采用半導(dǎo)體微細(xì) Spindt 場致發(fā)射陰極陣列。為了降低 Spindt 陰極尖端的陰極陣列就必須非常的細(xì)，如圖 1-2 所示為 Spindt 場致發(fā)掃描電子顯微鏡圖）[6]。

所用常常采用金（Au）、鉬（Mo）、鉭（Ta）、鎢（W）、鉑（Pt）等金屬制作 Spindt 陰極。李相坤等人設(shè)計了冷陰極微波電子槍[7]，該電子槍的能夠達(dá)到 80MV/m 的陰極表面加速梯度，并且能夠較好的抑制電子回轟，還能有效的提高電子的加速效率。1.2.2 碳納米管場致發(fā)射陣列陰極由于碳納米管有著較好的熱學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，使得碳納米管冷陰極應(yīng)用在真空器件中得到一種可能，并得到一定的發(fā)展[8]。近年來，碳納米管場致發(fā)射冷陰極發(fā)展迅速，國內(nèi)外研究工作者對碳納米管場致發(fā)射冷陰極也展開了大量研究，并取得了很多重要的成果。2009 年，P. Legagneux, N. Le Sech, P. Guiset 等人利用碳納米管場致發(fā)射冷陰極作為電子發(fā)射源應(yīng)用到三級管中，如圖 1-3 所示。他們利用 32GHz 高頻信號，對電流進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制率達(dá)到了 82%，峰值電流密度為 1.4A/cm2。同時他們還報道了世界上第一只 C 波段行波管，其中冷陰極可以工作在連續(xù)模式和脈沖模式，電子槍可以產(chǎn)生 10mA 的電子注[9]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]冷陰極微波電子槍初步研究[J]. 李相坤,黎明.  強(qiáng)激光與粒子束. 2013(S1)
[2]碳納米管冷陰極脈沖發(fā)射特性及仿真模型研究[J]. 袁學(xué)松,張宇,孫利民,黎曉云,鄧少芝,許寧生,鄢揚.  物理學(xué)報. 2012(21)
[3]行波管技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 官朝暉.  真空電子技術(shù). 2011(06)
[4]不斷發(fā)展中的行波管技術(shù)[J]. 劉軍華.  真空電子技術(shù). 2010(04)
[5]螺旋線行波管注-波互作用三維粒子模擬[J]. 熊曉燕,李明之.  微波學(xué)報. 2010(S2)
[6]螺旋線行波管三維頻域非線性注波互作用的計算[J]. 郝保良,肖劉,劉濮鯤,李國超,姜勇,易紅霞,周偉.  物理學(xué)報. 2009(05)
[7]毫米波小型化行波管發(fā)射機(jī)[J]. 韓博,朱永亮,陳漢興.  現(xiàn)代雷達(dá). 2008(11)
[8]大功率行波管的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 字張雄.  真空電子技術(shù). 2008(05)
[9]大功率行波管新型慢波線技術(shù)的進(jìn)展[J]. 王文祥,宮玉彬,魏彥玉,余國芬,趙國慶.  真空電子技術(shù). 2002(06)

博士論文
[1]折疊波導(dǎo)行波管注波互作用理論研究[D]. 顏衛(wèi)忠.電子科技大學(xué) 2016
[2]改性碳納米管的制備及其對苯系物和重金屬吸附特性研究[D]. 于飛.上海交通大學(xué) 2013

碩士論文
[1]基于金屬線慢波結(jié)構(gòu)的太赫茲返波振蕩器[D]. 許長鵬.電子科技大學(xué) 2017
[2]基于碳納米管薄膜的柔性超級電容器研究[D]. 周妤.鄭州大學(xué) 2016
[3]基于碳納米管的場離子發(fā)射的研究[D]. 謝紫開.電子科技大學(xué) 2015
[4]X波段大功率行波管新型慢波結(jié)構(gòu)的研究[D]. 占力.電子科技大學(xué) 2015
[5]耦合腔行波管的計算方法[D]. 唐亮.電子科技大學(xué) 2007
[6]室外大功率行波管發(fā)射機(jī)小型化的結(jié)構(gòu)設(shè)計[D]. 羅青.南京理工大學(xué) 2006



本文編號：3065983