微型真空电子器件技术研究

微波真空电子器件的频率正在向毫米波、亚毫米波甚至太赫兹频率扩展,随着器件频率的提高,高频结构的尺寸越 来越小,传统的机械加工方法已经不能满足零部件精度的要求,需要借助微细加工技术。这一类利用微细加工技术,特别是 深刻技术,如LIGA,DEM,DXRL、DRIE等,制作的真空器件,已经形成一门新兴的交叉学科,微真空电子学及相应的技术和应 用。本文对目前微真空电子器件的现状,深刻技术在器件加工的应用进行了分析,希望对开展这些研究打下基础。

金属电磁带隙波导特性分析

利用有限差分(FDTD)法分析了两维金属电磁带隙(EBG)波导带隙、耦合频率和模场分布,确定了EBG结构参数和对应的频率范围;利用HFSS建立了金属电磁带隙结构分析模型,设计了带有矩形波导转换的EBG波导.基于HFSS分析该波导,得到了这两种结构的传输谱线,对比说明矩形波导接口适用于窄带应用,而圆形波导接口适用于宽带应用.实验测试结果与数值分析符合较好.

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.

金属电磁带隙波导色散特性分析

建立了紧凑格式二维时域有限差分法（CFDTD）模型，利用二维网格划分计算三维传播问题，简化了计算量．提出了一种纵向均匀的中心缺陷型六角晶格金属电磁带隙波导结构．利用CFDTD仿真该金属电磁带隙波导，获得该结构的基模场分布及频率．改变纵向传播常数，得到对应的基模频率以及色散特性，计算结果表明色散特性满足电磁带隙的缩放特性．测量该波导在11～15GHz以内的传输率，12GHz附近的波导波长和色散曲线，仿真结果与测量值误差在5％以内．

超纳米金刚石薄膜场发射特性的研究

超纳米金刚石(UNCD)是一种全新的纳米材料,具有许多独特性能。介绍了Si微尖和微尖阵列阴极沉积超纳米金刚石薄膜的工艺及其场发射特性。研究发现,适当的成核工艺和微波等离子体化学气相沉积工艺可在Si微尖上沉积一层光滑敷形的金刚石薄膜;沉积后阴极的电压 电流特性、发射电流的稳定性以及工作在氧气环境下的发射特性都获得明显提高。讨论了超纳米晶金刚石薄膜阴极的发射机理。

包覆型BN-AIN复合粉体研究

利用包覆法,首先通过将AIN粉体均匀分散到硼酸(H38O3)和尿素(CO(NH2)2)的无水乙醇溶液中,制备出与硼酸和尿素均匀混合的AIN粉体。然后在氮气氛下,经过氮化处理来制备BN-AIN的复合粉体。DTA/TG分析显示,氮化反应从800℃开始,到1100℃时结束。XRD和TEM分析发现,复合粉体是由非晶态的BN均匀包覆AIN的复合颗粒组成。

利用MAFIA软件模拟耦合腔慢波结构的冷测特性

利用MAFIA软件对休斯结构的耦合腔慢波结构的色散特性和耦合阻抗进行了模拟,同实验数据相比,其计算精度是令人满意的,从而为耦合腔行波管的生产和研发提供了一个便捷而有力的工具。

利用MAFIA对速调管谐振腔的计算

利用电磁计算软件对两种重入式几何结构的速调管谐振腔进行了计算,并且与试验数据进行了比较,频率相对误差在4%之内,特性阻抗相对误差在8%之内。

G波段500 W带状注扩展互作用速调管设计研究

针对太赫兹频段实现高功率面临物理机制上的难题,设计了一个G波段带状注速调管,展示了基于非相对论带状电子注和扩展互作用技术所能达到的功率水平以及影响性能的物理因素。文中设计基于电压24.5 kV、电流0.6 A,1 mm×0.15 mm的椭圆电子注,以及与之相匹配的互作用系统,即横向过尺寸哑铃型多间隙谐振腔,可以实现高功率和高增益。三维PIC仿真结果显示,在考虑实际腔体损耗的情况下,能够获得超过500 W的功率,电子效率和增益分别达到3.65%和38.2 dB。研究发现,输出功率和效率的提升很大程度上受到多间隙腔模式稳定性以及电路欧姆损耗的制约;输出腔的欧姆损耗对输出功率影响尤为显著,工程设计需要特别考虑。本文的研究为高频段带状注扩展互作用器件的研发打下了良好的基础。

海上浮标新型原子钟磁光阱数值模拟和参数优化

为了实现长时间实时采集并实时传输特定海域的海洋环境噪声、温度和深度等信息,需要提高浮标电子舱中原子钟自主守时的能力。本文基于蒙特卡洛方法对纵向冷却与推射分离的二维磁光阱(two-dimensinal magneto-optical trap with hollow cooling and pushing,2D-HP MOT)产生冷铯原子束的过程进行数值模拟。选取1×10^(8)个均匀分布且速度满足麦克斯韦-玻尔兹曼分布的原子,利用龙格-库塔法求解铯原子的运动方程,得到原子束通量和磁光阱系统各项参数的关系。对磁场梯度、蒸气压、横向冷却光、中空光的相关参数进行优化。模拟结果显示优化后的原子束通量达到3.1×10^(11)个/s。该方法能够方便快捷地优化2D-HP MOT系统的参数,为新型浮标的工程化设计提供理论指导。

表面传导场发射显示器的研究

表面传导电子发射显示(SED)是一种新型平板显示技术,跟现有主流显示技术相比,它在对比度、灰度级、色彩、动态响应及功耗等方面均有优势。在SED的发展历程、研究现状、原理结构以及显示器荧光屏的制备方面,进行了简单的综述。对荧光屏的制备分别进行了详细的说明。