集成真空电子学

本文简述了集成真空电子学的基本概念和研究内容,综述了国内外集成真空电子学,利用微加工的太赫兹真空器件的发展状况,对相关的技术进行了分析和评述。

用于TE_(01)圆电模毫米波水负载大功率计的研制

针对回旋行波管输出的高阶圆电模式TE01模,本文开展了一种新型大功率辐射式水负载的研制工作,其研制的主要技术难点有:适用于高阶圆电模式、大功率容量、低驻波系数的实现和水密封性等,成功研制出了一种由石英玻璃烧制的特殊结构Ka波段大功率辐射式圆波导水负载,其具有功率容量大、频带宽、体积小、重量轻、结构紧凑等优点,并已成功应用于回旋行波管的功率测试系统。实验结果表明,其相对频率带宽大于15%,带内电压驻波比小于1.2,峰值功率容量大于150kW,平均功率容量大于5 kW。

微波管器件现状及技术发展分析

综述了国内外几种主要的微波真空功率器件技术的发展现状,特别对微波管CAD技术、短(亚)毫米波器件、阴极技术等进行了分析,并对整个微波管行业面临的挑战和机遇进行了讨论。

抑制行波管多级降压收集极二次电子发射的工艺研究

利用自行设计制造的一台抑制行波管多级降压收集极(MDC)二次电子发射的专用设备,分别对无氧铜片样品与无氧铜MDC进行了离子束表面改性的工艺研究。结果表明,表面改性后无氧铜表面二次电子发射系数可以得到大幅度的降低,有效提高空间行波管MDC的效率及整管效率。

利用电子注分析器研究电子枪性能

本文介绍了电子注分析器系统和电子枪电子光学实验的研究,分别对栅控电子枪和阳控电子枪进行了测试,得到了电子注运动轨迹和电流密度分布,并将阳控电子枪的实验结果与实际设计数据和OPERA计算结果进行比较分析,获得了较好的一致性。结果表明,电子枪的电子光学研究可以验证计算模拟结果,有效地为电子枪的结构设计提供实际参考数据。

微波功率模块中高效率灯丝电源的设计

设计了可有效提高效率的小功率常规集成电源电路。在Pspice仿真的基础上,介绍了利用Magnetics Designer软件设计、优化高频变压器的方法,分析了合理选择开关管、输出整流管及RCD箝位电路参数的依据。通过实验测试,设计的灯丝电源在兼顾小型化的同时,满载效率达到92%。

空间行波管电子枪中阴极热形变及冷启动特性研究

本文利用ANSYS软件对空间行波管的电子枪进行了稳态热分析,得到了电子枪阴极温度随灯丝功率的变化结果,计算结果与试验结果一致,验证了ANSYS热分析的正确性。在此基础上分析了阴极的热形变对电子枪性能参数的影响,同时模拟了电子枪中阴极的冷启动情况,得出阴极在-35℃条件下,在210s内阴极温度可以达到正常工作温度980℃。

利用UV曝光技术研制单根定向碳纳米管阵列冷阴极

通过普通的紫外（UV）光刻工艺，结合“变倾角缩口”新技术，研制了不同发射单元尺寸的碳纳米管（CNTs）阵列阴极。扫瞄电镜分析表明，随着缩口尺寸的依次减小（从0．6μm到0．4μm，最后到0．2μm），发射单元内CNTs的根数也不断减少。当孔径缩至0．2μm时，发射单元仅由1根～3根CNTs组成，并且大部分单元顶端均有单根CNT伸出，使得整个发射体近似于单根CNT。场发射特性测试结果表明，0．2μm发射单元尺寸的阵列阴极，开启电场约2V·μm-1；当场强为20V·μm-1时，该阵列的电流密度达到0．35A·cm-2，比1μm尺寸的阵列阴极提高了近4倍，比连续生长的薄膜CNTs阴极则高1～2个数量级。

纳米真空沟道三极管

本文描述了一种新型纳米真空沟道三极管,在纳米尺度下使电子在真空中实现弹道传输,大大优于半导体载流子在介质中的传输,从而使器件的信息处理速度得到极大地提高。纳米真空沟道三极管有三种途径获得,一是采用场致发射电子源,构建纳米真空沟道三极管;二是采用肖特基二极管中的二维电子气作为电子源,构成纳米真空沟道三极管;三是采用激光照射产生的光电子作为电子源,构成纳米真空沟道三极管。无论采用哪一种电子源都是可以用来制造新型纳米真空沟道三极管的电子源,都值得我们进一步研究。

W波段低电压回旋振荡管的研究

文中通过对复合腔结构的W波段二次谐波回旋振荡管高频结构、起振电流、模式竞争及注波互作用研究,确定了工作模式为TE02-TE03的W波段低电压二次谐波回旋振荡管的基本工作参数。粒子模拟表明,应用25kV,4A,v⊥/v‖=1.6的双阳极磁控注入枪时,该管能够在94GHz频率产生26.6kW的峰值输出功率,高于26%的效率。并且结果表明,该管在该工作模式下工作稳定。

W波段返波振荡器电子光学系统的设计与模拟

本文对W波段返波振荡器的电子光学系统进行了设计和模拟研究,软件模拟结果显示在W波段电子枪的工作电流为12mA;设计了特殊的磁场结构,使系统磁场在长为80mm的范围内为0.63T。研究工作为W波段返波振荡器的研制打下了基础。

散射参数法微波材料电磁特性自动测试系统及求解多值性的解决方案

研发了一套利用散射参数法测量材料电磁特性的自动测试系统,其配套软件功能强大完善且完全商业化,可以快速有效地测量正切损耗角大于0.1的微波材料的复介电常数与导磁率等10项特性参数。首次提出了"尝试-比较"法,以实验结果证明了其有效性,解决了长期存在的求解多值性难题,进一步完善了散射参数法。

行波管谐波注入技术新进展

根据Rowe理论计算行波管的1D圆盘模型生成的TWTRF2.0程序用来计算谐波注入对基波功率增长及管内谐波抑制的影响。LMSuite程序用来计算谐波注入对交调(IM3)的抑制。两程序的计算结果与实验符合得比较好。

一种新型可重复利用荫罩掩膜技术

利用化学气相沉积、光刻和反应离子刻蚀等微细加工技术,可以制作柔性、低成本、结实耐用、生物科技和半导体技术兼容、可重复使用的聚对二甲苯-C荫罩掩膜。利用这种透明的惰性材料掩膜,可以制作出传统平面微加工技术难以实现的曲面微图形,同时在多次使用场合,可以实现其它柔性荫罩掩膜材料难以达到的微米级特征尺寸,并能保持很好的图形复制特性。

微图形定向碳纳米管场发射阵列冷阴极的研究

本文介绍了一种微图形化碳纳米管场发射阵列冷阴极,每个图形的直径仅为1μm,构成一个发射单元。制作工艺如下:首先在硅(100)基片上沉积氮化钛缓冲层,然后采用曝光工艺获得直径为1μm的胶孔阵列,沉积催化剂铁,最后采用直流等离子体增强化学气相沉积(DC-PECVD)生长直立的碳纳米管。并对17500个发射单元的阵列阴极进行了表面形貌表征及场发射特性测试。结果表明,碳纳米管阵列阴极的一致性较好;最低开启电场为1 V/μm;电场为17 V/μm时,测得的电流密度已达到90 mA/cm2;发射电流为550μA时,在2.5 h内的波动小于5.6%。

提高钼尖锥场致发射阵列阴极发射性能的研究

在利用微细加工技术和双向薄膜沉积工艺制得的钼尖锥场致发射阵列阴极进行实用化的过程中,目前存在的两个主要障碍是,阴极发射电流密度低和工作不稳定。通过对阴极发射失效机理和失效阴极的SEM照片进行研究认为,导致电流密度较低的原因是由于尖锥阵列的不均匀性造成只有部分尖锥发射电子;引起发射不稳定的主要因素是由于尖锥表面的微凸起和毛刺以及它吸附的各种影响有效功函数的污染物。采用电阻限流技术提高了阵列发射的均匀性,同时通过阴极老炼技术增强了场发射的稳定性,使其电流发射密度有很大程度的提高,而且电流波动也大为减小。研究结果对于该阴极在射频功率和平板显示等器件上的应用有着重要的意义。

Ka波段二次谐波回旋行波管放大器的研究

二次谐波回旋行波管放大器的互作用磁场比基波回旋行波管放大器的磁场降低了一半,从而降低了设计难度,具有广阔的应用前景。通过对周期介质加载结构的Ka波段二次谐波回旋行波管电子枪、高频结构、模式竞争以及注波互作用研究,确定了Ka波段TE02模二次谐波回旋行波放大器的基本工作参数,通过PIC模拟计算,在电子注电压为90 kV,注电流为25 A时,获得了大于200 kW的输出功率,超过40 dB的增益。

毫米波扩展互作用器件

扩展互作用器件是一种采用慢波谐振系统作为高频互作用电路的真空电子器件,是目前能够在毫米波亚毫米波段提供大功率输出的重要器件之一。本文给出了目前国内外毫米波亚毫米波段扩展互作用器件(EIK和EIO)技术的发展情况,并介绍了扩展互作用器件在毫米波亚毫米波段的技术特点和最新研究趋势。

Ka波段连续波500W螺旋线行波管研究

Ka波段螺旋线大功率行波管在大容量的通信系统中具有重要作用,本文介绍了目前大功率连续波螺旋线行波管的现状,对相关技术进行了分析。通过对高频结构的互作用分析、热分析、多级降压收集极等分析,设计了一个Ka波段连续波500 W行波管的螺旋线互作用结构,计算机模拟结果表明可以满足设计要求。

螺旋槽波导特性的计算与模拟研究

计算了螺旋槽波导的色散特性和群速度,用"准周期边界条件"方法和谐振法模拟计算了螺旋槽波导的色散特性,两种方法的模拟结果与计算都比较一致。此外,还模拟测试了渐变与规则螺旋槽波导连接的匹配性能、螺旋槽波导高频系统的传输特性。结果表明,螺旋槽波导是非常适用于回旋行波管的高频结构。