微型热阴极性能及理论分析

为了满足高频段真空器件对阴极提出大电流密度、小电子注尺寸的需求,本文利用聚焦离子束刻蚀技术在通过双离子束辅助沉积技术沉积了锆抑制膜的浸渍钪酸盐阴极表面上制备出发射面直径为100μm的微型阴极.实验结果显示:沉积的锆抑制膜在370 h内有效抑制了阴极的电子发射;当温度为950℃,其发射面的平均电流密度可达到43 A/cm^(2);当温度为1 000℃时,发射区域平均电流密度为58 A/cm^(2),但抑制区有了轻微发射.为了深入研究阴极微型发射区域的电子发射机理并揭示阴极抑制膜层抑制性能的原因,本文利用第一性原理建立了不同氧原子(O)吸附位以及不同钡原子(Ba)覆盖度的Ba-Sc-O-W原子结构模型和抑制膜层的Zr-Ba-Sc-O-W原子结构模型.研究发现:氧原子吸附的顶位Ba-Sc-O-W发射表面的功函数下降至1.497 eV,与钪酸盐阴极有效功函数为1.41 eV实验测试结果较为相近;随着温度的升高,阴极发射能力增强,但活性物质与Zr结合形成的Zr-Ba-Sc-O-W结构使抑制层抑制性能有所降低(Zr的功函数为4.05 eV,Zr-Ba-Sc-O-W计算所得功函数为3.348 eV).

太赫兹行波管永磁聚焦系统仿真分析与设计

利用Ansoft Maxwell 2D软件建立太赫兹行波管永磁聚焦系统仿真模型,对模型结构尺寸进行参数化分析,研究永磁聚焦系统结构尺寸对聚焦系统轴向磁场分布、均匀区磁通密度(B)、磁场不均匀性(Δ)、磁场0点到均匀区距离(S)、均匀区长度(H)和系统重量(m)等多个指标的影响。在此基础上优化设计出了新的永磁聚焦系统,确定了永磁聚焦系统结构最佳尺寸。对应聚焦系统中心轴线上轴向磁场S=16 mm,H=30 mm,B=0.94 T,Δ=1.7%,m=10 kg。

1.03THz折叠波导慢波结构及电子光学系统研究

太赫兹真空电子器件成为未来主要的发展方向,本文对1.03 THz折叠波导慢波结构及电子光学系统进行了研究,分析了不同电子注通道形状对于折叠波导特性的影响,包括色散特性、耦合阻抗、衰减特性、功率、增益等,并且利用OPERA 3D软件设计了电子光学系统。仿真结果表明,在中心1.03 THz频率处,与矩形电子注通道折叠波导慢波结构相比,圆形电子注通道的结构色散曲线更为平缓,耦合阻抗提升6.9%,损耗降低6.8%;在10 GHz带宽内功率提升47.4%,增益提升1.2 dB,互作用长度缩短12.3%。在工作电压为17.4 kV时,阴极发射电流大于3 mA,电子注半径为0.012 mm,在均匀区永磁聚焦系统中可稳定传输。

0.8THz再生反馈振荡器的仿真模拟研究

随着太赫兹技术的发展,高频率、大功率的太赫兹辐射源一直是国内外研究的热点。再生反馈振荡器作为一种新型太赫兹源器件,具有可行性高、功率大的优点。基于0.8 THz太赫兹波成像系统的需求,采用折叠波导慢波结构,对再生反馈振荡器进行设计与研究。首先对0.8 THz折叠波导慢波结构进行设计并使用CST微波工作室中的本征模求解器进行参数优化,再通过CST粒子工作室中的PIC仿真模块对整管进行热特性仿真,验证了方案的可行性,仿真结果显示,最终可产生60 mW的稳定输出信号。

0.85 THz可调谐式折叠波导再生反馈真空电子学振荡器的理论及实验研究

提出了一种适用于850 GHz太赫兹波成像系统的可调谐再生反馈振荡器。使用UV-LIGA微加工工艺制作慢波结构,可满足折叠波导在太赫兹频段的尺寸需求。使用CST微波工作室对折叠波导色散特性进行设计,同时针对于行波管和再生反馈振荡器中折叠波导的结构,阐明了影响频率调谐的因素。此外,对带衰减的反馈回路进行仿真模拟,并使用三维粒子模拟验证了整体设计。改变电子注电压可实现振荡频率可调,振荡从单频状态逐渐变为多频状态,整体输出功率均大于200 mW。