高功率微波管电子收集极瞬态温度变化特性研究

面对微波管脉冲功率和平均功率均不断提升和小型化发展的需求,用于接受电子束的收集极将面临更严酷的散热挑战。为研究收集极受到电子脉冲轰击后,收集极内热量传递的瞬时特性,对收集极受到高频瞬时脉冲热流加载后的温度分布随时间的变化情况进行了仿真分析。分析对比了脉冲热流加载和时均化热流加载下收集极的温度变化情况,以及采用不同材料、不同结构参数和不同散热条件对收集极温度分布的影响;提出了快速判断收集极设计是否合理,运行过程中收集极是否会超温的经验公式,能够有效指导收集极材料的筛选、结构的设计和散热方式的选取。

微波管CAD技术进展

传统的经验设计方法很难综合性地进一步提高微波管的功率、带宽、增益、效率及非线性特性等性能,高精度的微波管CAD模拟软件是改进设计,提高性能的主要手段。该文综述了微波管CAD技术的国内外研究进展,介绍了微波管CAD软件的主要分类及代表性软件,特别是我国自主研发的"二维宽带大功率行波管CAD集成环境"软件系统及"三维微波管模拟器套装"。展望了微波管CAD技术的发展前景,对我国自主开发微波管CAD软件提出了一些建议。

微波管栅发射问题的研究

利用离子束辅助沉积技术在 Mo栅极上镀上并注入一层 Hf膜,对镀后的样品进行了形貌、结构、成份、膜厚及 Mo、Hf界面分析。将样品进行电子管模拟栅发射试验,栅极温度为 650℃,试验 1000h以上基本无栅发射电流,可以提高栅控管的可靠性和寿命。实验结果表明,阴极中的活性物质Ba蒸发到镀Hf的 Mo栅极表面,Ba,Hf和O_2能形成化合物,从而有效抑制栅极发射电流。

场致发射的温度效应对微波管爆炸电子发射的影响

为研究场致发射的温度效应对微波管中爆炸电子发射过程的影响,在对比分析低温条件下的场致发射电流密度Fowler-Nordheim(FN)和一般的电子发射电流密度积分公式的基础上,利用细长圆柱形微凸起模型,重点考虑焦耳加热和热传导两个因素,编程计算得到了微凸起内部的温度分布和不同位置处温度随时间的变化。结果表明:场致发射的温度效应是一个重要影响因素,考虑温度对场致发射的影响后,微凸起内部各点的温度随时间呈非线性增长,且增长速率越来越大;在微波电场强度较弱时,若不考虑场致发射的温度效应而直接用FN公式表示的电流密度代入计算,会使爆炸发射延迟时间变短;当微波电场很强时,温度效应对爆炸发射延迟时间的影响则较小。

微波管电子枪激光焊接工艺分析

采用脉冲固体激光器微波管电子枪进行激光焊接工艺试验,利用金相显微镜、扫描电镜、万能材料试验机、电子显微硬度分析仪、X射线衍射仪、振动台、电子枪真空除气系统等研究了电子枪金属零件焊缝焊接表面成形、接头区域的组织形貌、界面元素分布、断口形貌、显微硬度与接头力学性能、焊接接头物相、电子枪随机振动及工作状态下电性能和热性能.结果表明,优化焊接参数后焊接的电子枪经受了在微波管中连续高温工作的考验.振动试验和电子枪性能试验检验了电子枪组件的焊接牢固程度和焊接质量,验证了激光焊接工艺在小批量微波管研制、生产和应用过程中的可靠性.

微波管用衰减材料的研究

首先介绍了国内外的几种微波衰减材料,同时分析了我所正在使用和研究的几种衰减瓷;其次介绍了波导传输反射法测量微波衰减材料的高频电磁参数,以及国内其它单位和国外的测量水平状况;再次,通过介绍衰减器微波吸收特性的CAD,对衰减瓷在使用中的不匹配问题进行了讨论;最后结合笔者的认识,讨论了今后微波管用衰减材料的研究方向。

微波管CAD技术进展

综述微波管CAD技术 (包括微波管CAD中数值计算方法、广泛应用的大型电磁分析软件、微波管建模与模拟、微波管CAD集成环境等 )的国际国内研究情况。并展望了我国微波管CAD技术的发展前景。

多注集成带状注微波管电子光学传输特性研究

带状注在高频率、高功率、大电流密度等方面具有很好的前景,且其平面形的结构对于多注集成来说极具优势。为此该文选取了相对便于多注集成的均匀磁场、Wiggler磁场和周期会切(PCM)磁场,使用微波管模拟器套装的电子光学模拟器对带状电子注的传输特性进行了研究。结果表明:均匀磁场下带状注可以稳定传输最远;随着带状电子注电流密度的增大,相对不易获取的磁场结构依次是PCM磁场(最难获得)、Wiggler磁场和均匀磁场;Wiggler磁场相对而言,是比较便于工程应用,并保证电流密度较大带状电子注可以稳定传输的最好选择。给出了Wiggler磁场3×3多注集成的模拟结果,其电流密度为110 A/cm2,该Wiggler磁场结构的凹槽可以使带状电子注在传输过程中具有一定的聚束效果,对于约束互作用后的电子注将有良好的效果。

微波管高温烘排时阴极温度的估算

为了估算微波管高温烘排时的阴极温度,本文提出了一种将炉温等效为热子温度的方法。采用这一方法可简便地估算出钡钨阴极及氧化物阴极在烘排时的温度。本文还对烘排炉温对阴极温度的贡献进行了讨论。

微波管电子枪真空除气系统设计

在微波管研制过程中,电子枪真空除气过程的主要作用是对阴极进行加热,获得灯丝电流电压与温度的关系曲线、检验电子枪正常工作时灯丝的电流电压,测试电子枪快速启动参数,测量阴极、聚束极热膨胀量和阴极高温时电子枪材料充分预蒸散从而减少电子枪的蒸散物。根据微波管电子枪结构特点和性能要求,设计和开发了极限真空度2×10^(-7)Pa且具有温度、膨胀量等性能测试功能的双工位电子枪真空除气系统。除气系统由直联泵作为前级泵、分子泵和离子泵为主泵构成超高真空系统,采用阀门的切换可实现两工位在超高真空度下同时工作且互不干扰,有效提升了电子枪的品质,缩短了研制进度。每个工位均配置"分子泵启动允许"、"离子泵启动允许"、"分解电源开允许"及"真空异常"指示灯,防止误操作对电子枪部件或除气系统带来损坏。测试结果表明微波管电子枪真空除气系统的工作原理、结构设计合理,性能优良,适用于不同型号微波管电子枪,在电子枪研制生产过程中发挥了重要的作用。

阴极发射不足引发微波管高压击穿现象的研究

关于阴极发射不足引发微波管高压击穿的机理一直缺乏相应的阐述。本文以一只高功率速调管为对象,记录了该管产生高压击穿时的阴极工作条件;计算了击穿点处阴极表面的静电场强度;找出了阴极边缘产生发射不足的原因;分析了发射不足对阴极发射点处电场分布的影响;论述了阴极边缘发射不足引发高压击穿的机理。研究表明,阴极边缘发射不足引起的发射点场增强效应、以及阴极边缘毛刺引起的场增强效应,共同作用使得微波管产生了高压击穿现象。

CVD金刚石膜在微波管中的应用

金刚石由于其低的介电常数、高的导热率和优良的机械性能 ,将其应用于微波管改善其散热性能取代传统有毒的氧化铍陶瓷 ,是微波管螺旋线优良的支撑材料。本文首次采用等离子体化学气相沉积法在行波管夹持杆上沉积金刚石厚膜 ,经材料和慢波组件性能测试 ,获得了较好的实验结果 :导热率 12W/cm·℃ ,介电常数为 5 .0～ 5 .3,介质损耗为 1× 10 -3 ,体积电阻率约 10 13 Ω·cm ;慢波组件导热性能与同结构的BeO组件相比提高 3.0倍。表明该薄膜能满足大功率行波管的设计。

大功率微波管和毫米波管技术发展动向

文中对微波管中的磁控管。

微波管发射机输出波导打火检测及保护

针对微波管发射机输出波导打火的原因及危害进行了分析 。

微波管环境下场发射阵列阴极的工作稳定性研究

场致发射阵列阴极在微波管中的应用无疑是微波真空电子器件的一场革命,但经过多年的研究和发展目前仍没有解决微波管环境下阵列阴极的工作稳定性和寿命问题.虽然国外也有一些利用这种冷阴极的行波管和预群聚速调四极管的实验,但都存在同样的寿命问题.本文对场致发射阵列阴极在微波管环境中的工作稳定性和失效机理进行了分析研究,主要原因是真空度、微波管的残余气氛、电子枪区域的高压打火和离子的回轰影响了阵列阴极的稳定性和寿命等,提出了场致发射阵列阴极在结构、发射体材料、处理工艺、整管排气封接过程等方面的改进方法,以使这种阴极能适应微波电真空器件的特殊环境.

真空微电子微波管

本文在扼要地提及真空微电子学的主要进展（如：场发射阵列，场发射显示器和微波毫米波器件等）后，主要叙述了发展真空微电子微波管的主要内容、问题及其意义。场发射阵列的三个重要特点（冷阴极、高发射能力和栅极控制）可用于发展新一代的高频率、高效率、高功率、超小型和长寿命的面向２１世纪的高性能微波管：真空微电子微波管。双栅极场发射阵列、电子流的形成与维持、与其相匹配的互作用电路、特殊的器件结构和相关的制管工艺技术等，是发展真空微电子微波管的主要课题。

微波管雷基图的自动测试技术

本文介绍采用计算机控制微波可变负载,同时采集输出功率和频率,由计算机进行数据处理,并画在极坐标圆图上(此圆图事先由同一计算机绘制而成),整个过程全部自动化。对微波电子管和固态微波器件的实测表明,性能优良,结果可靠,经过适当改进,测绘时间还可大大缩短,从而可供微波管特别是微波灶用连续波磁控管生产线上作检验之用。

大功率微波管均衡器的面向对象分析

大功率微波管均衡器的谐振腔的微波特性解析十分复杂 ,难以建立精确的数学模型 ,因而对其衰减特性进行仿真十分困难。本文在简要介绍大功率微波管均衡器的结构及用来描述谐振腔特性的测量数据库的基础上 ,分析了组成均衡器各子结构的内耦合及互耦合 ,并运用面向对象分析方法建立了均衡器仿真模型。

基于高阶叠层型基函数的微波管慢波结构的三维有限元模拟

采用基于二阶叠层基函数的矢量有限元法对微波管慢波电路进行了三维数值模拟,从而准确求出其高频参数。为了提高慢波电路有限元仿真效率,提出了一种方便快速去除慢波电路有限元仿真中伪直流模式的方法,同时利用一种p-型乘法的多重网格预处理隐式重启Arnoldi法快速求解最后的大型广义本征矩阵。在此基础上开发了一个微波管高频电路模拟器的子模块—多重网格本征求解器。通过仿真实际的慢波电路,模拟器的计算精度得到验证,同时显示了其优越的计算性能。

微波管电子枪的快速设计方法

本文介绍一种适用于线型注微波管皮尔斯枪的快速综合设计方法。分别给出了实心注和空心注收敛型电子枪的计算公式。整个计算过程相当简单,不必查任何曲线,利用带程序的计算器只需几分钟即可完成。该方法适用于任何中等导流系数皮尔斯枪的设计。