高效的设计要与思维“互动”——中国电子科技集团公司第十二研究所(北京真空电子技术总公司)

Inventor软件开发了大量的简单使用功能,这些功能与设计者的设计思想相辅相成。这些实用的功能可以大大简化设计中的建模步骤,Inventor软件的知识驱动模式更是减轻的设计者的劳动强度,提高设计效率。

《太赫兹真空电子器件(二)》专栏发刊词

人类从未停止过探索的脚步,太赫兹波是介于光学和微波毫米波之间的电磁频谱,在宇宙科学、材料科学、物理学、通信、感知探测成像等领域具有广阔的应用前景。真空电子器件在太赫兹频段具有大功率、高效率、小型化等优势,是太赫兹系统的核心器件,因此对真空电子器件的深入研究,能从根源上提升系统的性能。随着器件提升到太赫兹频段,面临结构特征尺寸小、互作用效率低、传输损耗大等一系列挑战。

Ka波段大回旋电子注介质加载回旋行波管输入耦合器研究

针对Ka波段大回旋电子注回旋行波管设计了一个TE 21模式输入耦合器。该输入耦合器结构为Y形功分器,将输入的矩形波导TE 10模式转换为圆波导的TE 21模式进行输出。本文对其转换原理进行了简要介绍,通过仿真确定了输入耦合器模型的参数,并加工出部件,并进行了实际测试,测试的结果满足Ka波段大回旋行波管的信号输入要求。

碳化硅真空纳米电子器件技术分析

新兴的真空纳米电子器件兼具固态器件集成电路和传统真空电子器件的优势。但和硅器件同工艺、同片集成的现状,限制了其在恶劣环境的应用。使用宽禁带半导体碳化硅材料制备真空纳米电子器件,可在耐辐射基础上兼具抗高温特性,使该器件具备良好的综合优势。文章分析了硅器件及集成电路发展中面临的问题,回顾了真空纳米电子器件的发展历史,介绍了碳化硅材料的相对优势以及SiC基真空纳米电子器件研究现状,并对该器件发展及应用前景进行了分析。

铁磁性加载复合管壳电子注聚焦性能的研究

大功率行波管通常利用复合管壳提升高频系统的集成度和散热特性。宽带行波管采用复合管壳高频制造工艺时,由于加载翼片含有铁磁性材料(纯铁)使得聚焦系统的横向磁场分量变大,径向和角向磁场分量呈非均匀性,电子注聚焦困难。本文研究了周期永磁聚焦系统横向磁场产生的原因并建立理论模型,并对磁场分量和其对电子注形态的影响进行了仿真,仿真结果与理论计算结果一致。根据横向磁场分布模型对加载翼片的形状和数量进行优化仿真,结果表明9片齿形加载翼片方案可在保持慢波电路参数的同时,降低聚焦系统的横向磁场分量,改善电子注聚焦效果。

G波段行波管电子枪设计与实验

设计了用于G波段行波管的聚焦极调制皮尔斯电子枪,电子注电压20 kV,电流50.9 mA,注腰半径0.056 mm,射程10.3 mm。利用热-结构耦合分析和电子注轨迹仿真方法,分析了热形变对电子枪性能造成的显著影响。为了消除电子枪热形变的影响,设计了装配模具进行补偿,并得到了实验验证。该电子枪已用于多种G波段行波管,解决了关键部件技术问题。

《太赫兹科学与电子信息学报》2023年第10期专栏征稿主题:太赫兹真空电子器件

太赫兹真空电子器件是利用自由电子与太赫兹波在真空环境中的互作用产生或放大太赫兹辐射的电子器件,具有高频率、高功率、高效率的显著优点,在高精度成像与感知、远距离高速无线通信、高频率电磁对抗、高能物理科学研究等领域有着广泛应用前景。当前太赫兹真空电子器件的发展主要面临互作用效率低。

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。

G波段行波管的聚焦磁场幅度及周期对电子注动态散焦的影响分析

针对电子注动态散焦问题,采用三维大信号模拟软件MTSS,结合注-波互作用过程中粒子状态分布,从幅值及周期对实际使用的聚焦磁场进行了优化分析。模拟表明,在适当的位置采用渐变增强幅值磁场,可以明显调节互作用电路末端电子注波动,显著减少截获电流,从而解决电子注动态散焦问题。选取合适的磁周期对电子注动态散焦的抑制也有一定效果。综合以上分析,在G波段大功率脉冲行波管研制中,采用渐变加强的合适周期的永磁聚焦场,改善电子注的动态散焦问题。

T/R双模微波功率模块技术及其应用

微波功率模块(MPM)是真空电子器件和固态电子器件组合而成的一种新型微波功率器件,具有频率高、频带宽、功率大、体积重量小等特点,它使常规行波管的应用变得更加便利和广泛。现代战争向雷达、电子战综合一体化方向发展,这就要求功放既能工作在高峰值功率、低占空比的高模工作方式,也能工作在低峰值功率、准连续波的低模工作方式,针对这一需求,结合电子系统收发共孔径的要求,提出了T/R双模MPM技术。T/R双模MPM技术的核心是T/R双模行波管,基于三端口双向T/R行波管,通过在慢波系统的衰减器附近设置一个耦合口,实现行波管的信号反向接收功能;通过T/R双模行波管设计、双模放大均衡组件、双调制栅极电源等技术实现MPM的双模双向功能。T/R双模MPM应用前景广阔,特别是在基于无人机平台的作战应用中的具有明显优势。

低抖动激光触发伪火花开关的研究

伪火花开关已经成功地应用于各种脉冲功率应用,包括欧洲大型强子对撞机、反导雷达系统、航空发动机点火等。对于这样的应用,降低开关的延迟和抖动来提升稳定性是非常重要的。设计了一种激光触发伪火花开关,使用波长532 nm的激光,在不同气压、工作电压和触发能量下,测试激光触发伪火花开关的阳极着火延迟时间和抖动两项参数。测试结果表明,增加激光能量可以降低开关的延迟和抖动,实现开关稳定性的激光能量阈值在1.5 mJ,可以使得开关的抖动小于1 ns,继续增大触发能量,开关的延迟和抖动不再明显变化;此外,增大管内的氢气压强可降低开关的延迟和抖动;当触发能量足够大时,改变阳极电压,开关的延迟和抖动不随开关电压而改变。

辉光放电触发重频伪火花开关研究

伪火花开关是工作在帕邢曲线左支的低气压开关,具有纳秒级击穿时间、百千安级脉冲电流、工作寿命长等特点。具有高重频性能的伪火花开关民用领域以及军事领域均有广泛的应用需求。基于双脉冲辉光放电触发结构,设计出一种具有重频能力的伪火花开关;在10 kV阳极电压下进行了整管测试,观察不同气压,预、主触发电压对重频性能以及触发性能的影响;结合仿真软件计算不同气压与触发电压下,触发电流的变化,最终总结了两个脉冲对触发过程的影响。测试结果表明,最低仅100 V触发电压,开关重复频率即可从沿面放电触发的100 Hz提升至400 Hz。

基于太赫兹真空器件的微型阴极抑制膜特性研究

为满足太赫兹真空器件对阴极的大电流密度、小电子注尺寸需求,利用双离子束辅助沉积技术在浸渍钪酸盐阴极表面沉积Ta/Zr抑制膜,并利用聚焦离子束刻蚀技术制备出发射面直径为100μm的微型热阴极。在此基础之上着重研究这种阴极的抑制膜特性,研究表明,Ta/Zr膜层比Zr膜层临界附着力更强,双离子束辅助沉积制备的Ta/Zr抑制膜比磁控溅射制备的Ta/Zr抑制膜更加致密,并且抑制发射寿命更长。阴极良好的抑制效果一方面是因为Ba扩散至Zr中形成高功函数物质,另一方面是因为Ta/Zr复合膜层高度致密有效抑制了Ba的扩散。

C波段9MeV驻波电子直线加速管设计

介绍了C波段驻波电子直线加速管的研制情况。该加速管采用2.5MW脉冲磁控管为微波功率源,脉冲宽度4μs,重复频率250MHz。可提供能量为6MeV和9MeV两档能量的电子束,工作频率为5712MHz,管长约620mm。通过调节加速管的入口功率、电子枪的注入电压实现加速管的输出能量两挡调变。

高可靠性真空微波功率模块保护电路

文中设计一种高可靠性高压电源保护电路,适配于真空微波功率模块。首先利用PSpice仿真软件进行电路仿真,简化电路设计,优化电路参数;然后与行波管构成一个测试系统,并设计一个电路板进行实际测试,利用示波器等仪器来验证保护电路的有效性。针对长时间高强度的工作状态,电路设计包含母线电流过流保护电路、螺旋线电流过流保护电路、断电保护电路。在模块工作出现异常时,可以及时有效地关闭模块,防止元器件受到损害。仿真结果表明,所设计保护电路提高了微波功率模块的可靠性,降低了研制成本,延长了使用寿命。

一种半桥LLC高压电源设计与实现

设计一种基于半桥LLC谐振变换器的高压电源,其基本结构包括逆变电路、谐振电路、倍压整流电路和反馈控制电路,可用于微波功率模块集成电源。为实现高压电源的高效率,详细分析了半桥LLC谐振电路中场效应管零电压开启的实现条件,并给出了实现该条件所需电路关键参数的计算方法。通过计算机仿真辅助优化电路参数,降低了场效应管和变压器的损耗。最后,研制了一台高压电源原理样机,其输出电压为-3000 V,满载输出功率为300 W,在245~300 V输入电压范围内效率大于96%,峰值效率为97.5%。

用于磁约束核聚变电子回旋共振加热系统的兆瓦级回旋管

磁约束核聚变能是目前人类认识到可以根本解决人类能源问题的重要途径之一。电子回旋共振加热(ECRH)和电流驱动(ECCD)是核聚变装置等离子体温度达到约1亿度稳定聚变条件的主要加热方式。而回旋管是ECRH系统高功率微波源的核心器件。本文针对磁约束核聚变能ECRH系统所需的高功率微波源介绍了国内外兆瓦级回旋管的技术发展、研究现状和发展趋势,并探讨了回旋管的未来研究方向。

行波管栅控电子枪的动力学模态分析

栅控电子枪作为行波管的“心脏”,其结构的稳定性直接影响着管的脉冲输出性能,特别是在振动应力下的结构可靠性更是当今生产单位关注的重点。利用ANSYS软件对电子枪进行动力学模态分析可以得到电子枪的固有频率和振型。从而在结构设计上避免共振。

从真空微电子学到真空纳电子学

微细加工技术和场发射作为电子源促成了真空微电子学的诞生,许多从事微细加工技术、真空电子技术、微波电子学、材料科学、表面科学、薄膜科学等领域的研究人员也开始了这方面的研究工作,1988年在美国召开了第一届国际真空微电子学会议(IVMC),随后每年一届在世界各地轮流召开。科学技术的发展非常之快,纳米结构、纳米加工技术、纳米材料等也渗透到这个领域,真空微电子学的研究领域也随之扩展,所以2004年在美国召开的第17届国际真空微电子学会议改名为国际真空纳电子学会议(IVNC)。本文就真空微电子学的发展历史,该领域的技术发展做了综述和分析,对目前真空纳电子学的兴起、研究内容的变化做了分析。

电力电子器件用陶瓷-金属管壳

综述了最近十几年来,国内外电力电子器件用管壳的技术发展概况,提出了我国与国外电力电子器件用管壳在材料、工艺、结构和生产检验手段等多方面的对比,找出了我国陶瓷金属管壳的差距和改进实施办法。