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。

多模谐振腔中的微波加热仿真与实验研究

本文对一种树脂复合材料在多模谐振腔中进行微波加热,使用COMSOL Multiphysics软件对反应过程涉及到的电磁场和温度场进行耦合分析,将仿真结果与实验结果对比发现,物料内部的某些位置出现"热点",这种温度分布的不均匀性使局部应力过大导致物料断裂;物料内部的化学反应在微波辐照下速率加快,使物料的介电特性发生改变,从而引起温度发生变化。

高功率回旋振荡管混合型辐射器的研究

研究了一种用于高功率回旋振荡管准光模式变换器系统的高效率混合型辐射器。基于基尔霍夫-惠更斯标量衍射积分原理,分析了辐射器中电磁波的传播过程及辐射器壁面形变所引起的波束预聚焦机理。从辐射器壁面场的数值计算出发,给出了不同模式的辐射器壁面扰动分布迭代优化的普适方法,同时给出了混合型辐射器的设计原理及方法。依据上述理论分析编写了计算程序,为一支工作频率为140GHz,工作模式为TE28.8,1MW长脉冲回旋振荡管设计了模式转换效率高达98.8%的混合型辐射器,数值计算结果与Surf3d软件仿真结果具有很好的一致性。

覆膜浸渍扩散阴极表面微区电子发射像研究

覆膜对浸渍扩散热阴极表面电子发射的影响一直是热阴极研究领域的重点课题。该文采用最新研制的深紫外激光光发射电子显微镜/热发射电子显微镜(DUV-PEEM/TEEM),对一半覆膜、另一半未覆膜的浸渍扩散阴极试样作了1150℃×2 h激活,并对其表面微区的热电子发射像及其随温度的变化作了比较。结果发现,两种阴极的热电子发射均主要位于孔隙及其邻近颗粒边缘;随温度升高,未覆膜阴极发射主要集中于孔隙内及周边有限区域内,发射面积增量较小,覆膜则使阴极有效发射区域得以由孔隙及其边缘向距孔隙更远的区域延伸,发射面积大幅增加。上述结果首次给出了覆膜浸渍扩散阴极微区的电子发射特征,对于理解该类型阴极发射机理有一定参考价值。

覆锇膜阴极表面同步辐射光电子谱研究

为何浸渍阴极表面覆一层高功函数的锇(Os)膜后发射能力可以显著增加?这是一个长期未搞清的重要问题。该文在对阴极进行发射性能测试和扫描电镜分析的基础上,利用同步辐射光电子谱装置,对覆钨(W)膜阴极和覆Os膜阴极表面的元素成分及化学状态进行了全面系统的研究。结果表明,覆Os膜阴极的电子发射能力是覆W膜阴极2.65倍;与覆W膜相比,覆Os膜使阴极表面的钡(Ba)原子和低结合能态的吸附氧(O)原子分别增加了40%和56%。进一步分析认为,Os膜具有易氧化及氧化物易分解的特性,这一特性决定了覆Os膜阴极在激活后可以获得更多的超额钡Ba+(a),并因此具备更高的电子发射能力。

覆Os膜M型阴极高发射性能随真空度变化的研究

在覆Os膜M型阴极工作于75 A/cm2高电流密度的情况下,逐级降低真空系统的真空度,测出了阴极电流密度随真空度变化的关系曲线。分析表明,当系统真空度为1.0×10-5Pa时,阴极发射开始出现明显下降,下降幅度达1.96%;当真空度为2.07×10-4Pa时,阴极电流密度降低10%,阴极寿命接近终了。进一步研究认为,对于微波管而言,通过渗漏进入微波管内的大气特别是其中的氧分子,将阴极表面的Ba+(a)转变为Ba2+,使得阴极表面的发射单元逐步丧失电子发射能力;与此同时,真空度降低带来的离子轰击使得离子斑区域的覆膜层消失,导致该区域功函数升高。两种因素的共同作用,使得微波管中阴极的发射性能逐步下降。

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.

TM_(11)模对大功率微波输出窗热损耗及耐热性能的影响

基于一S波段圆柱盒型输出窗的电磁仿真与高频介质损耗计算,结合ANSYS软件对窗片温度与热应力分布模拟,探讨高次模式对输出窗热损耗与耐热性能方面的影响。结果表明,存在于窗片表面的TM11模可能加剧输出窗的热损耗,增大窗片承受的温度梯度和热应力,从而导致输出窗的耐热性能与平均功率耐受能力下降。

一种新型S波段高平均功率宽带速调管

该文介绍了一种新型S波段高平均功率宽带速调管的主要设计思想、模拟计算结果和实验结果。文中提出了具有理想高频通过率的高平均功率宽带速调管电子光学系统的验证方法,以及联合使用2.5D Arsenal-MSN code和KLY6两种软件去除带内功率凹点和改善高频性能的方法。最终的实验测试结果表明,这些方法是有效的。

纳米氧化铝涂料及其高温止焊和防护性能的研究

为解决高温钎焊时钎料流散和陶瓷表面被蒸发物污染的问题,本文制备了纳米氧化铝基涂料,并对涂层烧结前后的性能以及涂层在止焊及高温防护方面的应用进行了研究。结果表明,制备纳米氧化铝基涂料,主体材料宜选用α晶型的纳米氧化铝粉;本文研制的纳米氧化铝基涂料可在多种金属及陶瓷材料表面形成结合相对牢固和致密的防护涂层;涂层有效止焊及防护温度达到1140℃;涂层具有良好的易去除性,对所涂敷器件无不利影响。

太赫兹器件测试用高重复频率高压脉冲电源

为了开展太赫兹器件试验研究,设计了高重复频率脉冲电源系统。电源输出脉冲电压30kV,脉冲电流200mA,最大重复频率3kHz,脉冲宽度10~100μs,采用本地PLC加远程计算机控制模式来实现电源的本控及遥控。对系统的核心部件:充电电源和脉冲开关的拓扑结构进行了研究,并开展了仿真和试验。结果表明:采用LC串联谐振恒流充电技术以提高充电电源工作效率以及在负载打火情况下的可靠性;基于MOSFET并进行优化设计的串联脉冲开关可以获得快速的脉冲前后沿。电源系统的输出指标满足负载工作要求,在高重复频率、打火条件下能够稳定工作。

精密连接——真空扩散焊和过渡液相连接的实验研究

针对新型电真空器件研制过程中的精密连接要求,进行了无氧铜真空扩散焊、过渡液相连接工艺实验。并应用氦质谱检漏仪、测量显微镜、金相显微镜、扫描电子显微镜对扩散焊试样进行分析,并进行了不同扩散温度、不同扩散时间的对比实验。实验表明:在相同工艺参数下,无氧铜直接扩散连接能获得可靠的扩散焊接头,内部结构变形量1~12μm,漏率5×10-4 Pa·m3s-1,且在相同扩散压力条件下,不能通过提高扩散温度,延长扩散时间的方法获得气密性接头;过渡液相连接接头可达到气密性要求(QL【5×10-9 Pa·m3s-1),变形量5~15μm,镀银层充分扩散到母材中。

一种大功率连续波磁控管的高频电磁场与热应力场耦合分析

本文发展一种应用于大功率连续波磁控管腔体的高频电磁场热应力场耦合分析方法。首先,采用等效电路理论与数值仿真方法研究一种大功率连续波磁控管谐振系统在无隔模带、单环隔模带和双环隔模带情形下的工作模式、谐振频率和品质因数的内在关系;其次,对扇形和扇槽形阳极叶片的温度分布进行理论推导。研究发现,隔模带能够提高谐振系统的模式分隔能力,但也会增大损耗、降低品质因数;再者,通过对比不同冷却条件下谐振系统的热应力、形变、温度和谐振频率,设计出满足30 kW连续波输出磁控管散热的冷却水路和相匹配的冷却条件;最后,结合二者得到阳极叶片温度与π工作模式谐振频率间的对应关系并给出磁控管的热漂移曲线。

L波段高功率多注速调管设计与模拟

开展了峰值功率10 MW、平均功率150kW的L波段多注速调管的研究工作。采用均匀场多透镜聚焦系统对多电子注进行聚焦,获得了具有良好层流性和波动性的旁轴多注电子光学系统;采用二次谐波腔,对6个电子注、6个同轴谐振腔结构的速调管进行了注波互作用计算。结果表明,当电子注电压为115 kV,电流为132 A时,可获得大于10 MW的脉冲输出功率,大于65%的输出效率和大于45 dB的增益。

毫米波准光高阶模式激励器的研究与设计

基于毫米波准光模式传输和变换理论,详细研究了准光模式激励器通过波纹喇叭天线、准抛物柱面反射器和同轴开放式谐振腔激励圆极化高阶目标模式的原理。分析了W波段波纹喇叭天线产生准高斯模式HE11的过程;利用几何射线法研究了准抛物反射面天线作为腔体辐射馈源的设计方法;通过小孔耦合理论研究了侧壁开孔的三段式同轴谐振腔激励高阶模式的机理。同时,该文还优化设计了工作模式为TE62模,工作中心频率为94.8 GHz的准光模式激励器,使用三维电磁仿真软件FEKO仿真计算结果表明该模式激励器在94~96 GHz频率范围内目标模式的纯度超过95%,系统效率达到34%。

X波段高功率连续波速调管设计

本文给出了X波段250k W连续波速调管电子枪及注-波互作用系统的设计。注-波互作用系统由6个腔组成,一维大信号程序计算结果表明互作用效率大于50%,增益大于50d B。设计的电子枪导流系数1.0μp,采用电磁线包聚焦系统,优化计算得到电子注填充比0.6,电子注波动小于6%。

深紫外激光光发射与热发射电子显微镜在热扩散阴极研究中的应用

对热扩散阴极表面微区发射状态进行原位观察和分析一直是热阴极研究的重要课题.本文着重介绍深紫外激光光发射电子/热发射电子显微镜的基本原理及其在热扩散阴极研究中的典型实例.系统配备了高温激活所用的加热装置,样品可被加热至1400℃.系统具有光发射电子、阴极热发射电子、光发射电子和阴极热发射电子联合三种电子成像模式.应用表明,对于热扩散阴极而言,深紫外激光光发射电子像适于呈现阴极表面的微观结构形貌;热发射电子像适于反映阴极表面的本征热电子发射及均匀性;光电子和热电子联合成像适于对阴极表面的有效发射点做出精确定位.

蓝宝石镀Ti/Ni复合膜及高温预扩散的研究

首先将蓝宝石表面金属化，镀钛／镍（Ti／Ni）复合膜，然后在900℃下将其进行高温预扩散，为下一步采用常规AgCu钎料焊接做准备。结果表明，要保证在900℃下扩散后镀钛层不流失，必须保证镀Ni层和镀Ti层的初始厚度比大于1；900℃下的最佳镀膜厚度和高温预扩散工艺是镀Ti层1～3μm，镀Ni层为3～5μm，扩散保温时间20min。

阴极蒸发物电子发射现象的研究

为研究钡钨阴极蒸发物的电子发射现象,采用一种新设计的测试装置,对沉积在多晶钨表面上阴极蒸发物的电子发射曲线进行了采集,利用电子发射显微镜和扫描电镜对蒸发物沉积层的电子发射像、表面形貌和成分进行了分析。结果表明,电子发射曲线分3段,即陡升段、快升段和缓升段。分析认为,发射曲线的3段依次对应着多晶钨表面的晶界及划痕发射、晶面发射和3维岛状发射。实践证明,在覆膜阴极表面构造均匀弥散分布的岛状晶体发射点,可大幅度提高阴极的电子发射性能。

大功率双频段毫米波螺旋线行波管抑制返波振荡的研究

基于高效率双频段毫米波螺旋线慢波结构的设计,探讨了影响返波振荡起振长度的因素。在相速度跳变/渐变结构的输入段引入了相速渐变段,增大了返波振荡的起振电流,设计出了一种新型可抑制返波振荡的螺距分布结构。采用此结构,优化之后使得双频段Ka（33-36 GHz）波段和Q（43.5-46.5GHz）波段的返波增益在返波方向均小于15 d B,从而抑制了返波振荡。