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,然而場致發(fā)射冷陰極相比熱陰極其具有很大優(yōu)勢,比如其能夠提高系統(tǒng)的響應速度,降低系統(tǒng)的功耗和便于器件制備的小型化等,因此對場致發(fā)射冷陰極的研究得到了越來越多的科研學者的關注,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)是行波管能夠激勵起微波信號并將其進行放大輸出的關鍵結構,因此把碳納米管應用到行波管中以發(fā)揮其冷陰極的優(yōu)勢具有極大的研究價值和應用前景。本論文正是基于上述背景下開展了對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.介紹了場致發(fā)射冷陰極的優(yōu)勢以及碳納米管冷陰極材料在行波管中的應用,同時也對行波管工作的原理及其慢波結構進行簡要的描述。2.在理解磁控注入式電子槍原理的基礎上,開始在CST仿真軟件中對磁控注入式納米冷陰極電子槍進行建模設計并對其進行模擬計算研究,最終在不斷的優(yōu)化調(diào)試后,得到滿足需求的電子注,在對計算結果進行后處理后,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構的色散特性和耦合阻抗特性,采取對慢波系統(tǒng)切斷和設置集中衰減器的方法來抑制行波管的自激振蕩,并對整個慢波系統(tǒng)的傳輸特性進行了仿真計算。4.在完成對電子槍和慢波系統(tǒng)研究工作后,開始對基于磁控注入式納米冷陰極電子槍行波管進行PIC粒子仿真研究,從計算結果看出,行波管在工作時能夠得到穩(wěn)定的輸出功率,最后我們在其他參數(shù)不變的情況下通過改變電子注的橫縱速度比和電子注的離散來分析對應輸出功率的變化。
【學位單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN124
【部分圖文】：

Spindt型陰極結構示意圖

電子科技大學碩士學位論文的條件、發(fā)射電流大等[14,15]諸多優(yōu)點,把碳納米管作為電子發(fā)射材料，在大量驗基礎上可以得到其作為陰極發(fā)射出的電流密度可以達到 109A/cm2[16],由于以上的性能優(yōu)勢，碳納米管一度被科研人員視為可以完美取代金屬作為場致材料，吸引了越來越多的科研學者的目光。然而，從目前來看，我國科研人碳納米管的研究和國外相比有一定的差距，屬于起步上升時期。實驗表明，科研人員在把碳納米管作為場致陰極發(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，在開啟電壓不高的情況下對其進行實驗測試，同時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5A/cm2 [17]，而國內(nèi)目前得到的電流密度只能達到毫安級水平。

電場強度來保證，因此慢波結構需要具備高電場強度的能力。當前應用比較多的慢波結構可以分為：螺旋線慢波結構、曲折波導慢波結構耦合腔慢波結構和其他類型慢波結構，（1）螺旋線慢波結構螺旋線慢波結構在行波管中是應用的最為成熟，它擁有設計結構簡單、容易加工、工作帶寬大等特性，在行波管中備受青睞。普通的螺旋慢波結構主要由三大部分構成即：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，工程上一般會在金屬殼側壁上添加特定數(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，主要是因為，負一次空間諧波總是存在周期性慢波結構當中，而諧波的阻抗受同步電壓影響，會跟隨電壓的增大而提高，因此管子的輸出功率會受到阻抗增大的影響。考慮到上述的影響，在實際應用中主要把螺旋線行波管使用在工作頻帶要求大，但對輸出功率要求不高的工程領域當中�？紤]到行波管應用時在轉效率、頻帶寬度、輸出功率等方面的影響，螺旋線慢波結構在 MPM 的小型化行波管中得到廣泛應用。

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