行波管阴极和热子组件的热特性的数值模拟和实验研究

阴极热子组件作为星载行波管的核心部件,要求它具备稳定可靠、寿命长久、低功耗的特点。该文利用数值模拟和热测实验对某星载行波管阴极热子组件结构开展了研究,提出一种接触热阻估算方法,模拟了阴极热子组件结构热特性,设计并完成了阴极热子组件结构热测实验,首次获取了结构在一系列热子加热功率下由内到外的温度实测数据。进一步,通过修正阴极热子组件结构热模拟边界及激励,迭代得到接触热阻值,获取了一种高可靠的阴极热子组件结构热模型,实验表明,该热模型阴极温度计算精度在5%以内,结构最大温度计算误差不超过72 C。     

回旋行波管高质量阴极及电子枪研究

回旋行波管对回旋电子注参数（纵横速度比、速度零散等）非常敏感,实验中需进行电子参数调节,高质量电子枪研制是整管设计核心之一。基于理论分析、结构分析及热分析等对回旋行波管电子枪进行改进设计,对阴极、热子进行优化设计,研发的电子枪速度零散＜2%,优于国际报道的3%。项目在热分析和形变分析基础上,改进了阴极结构及制备工艺,显著提高了热子加热效率,将阴极加热功率从100W降低至50W左右,提升了阴极发射的均匀性和稳定性,10%工作比下长时间工作稳定、可靠,有效保障了阴极寿命,新研电子枪在Ka频段回旋行波管装管实验,脉冲功率100kW,平均功率10kW,连续工作稳定、可靠。     

Ka波段回旋行波管电子枪阴极热分析

利用有限元软件ANSYS对回旋行波管电子枪阴极组件进行热分析,得到了100W加热功率情况下的温度分布以及热形变情况,并利用EGUN软件分析了热形变后的阴极发射的电子注性能的变化。最后测试了实际阴极的温度,测试结果与模拟相符。为电子枪的设计、优化和实际装配提供了一定的依据。     

热子可靠性研究

本文对钡钨阴极热子的可靠性作了分析,提出了几种解决办法,并叙述了阴极热子组件中热子腿的局部过热问题及解决途径。     

阴极-热子组件加热功率的研究

对影响阴极-热子组件加热功率的几个因素进行了分析,并从有效加热面的增大、阴极支持筒材料的选择、氧化铝绝缘层烧结工艺以及装架工艺等几个方面进行了改进,从而满足了高可靠、高效率、长寿命X波段行波管的使用要求.     

热子及热子组合件的常见问题及解决方法

介绍了阴极加热所用的各种热子及热子组合件,分析了实际应用过程中的常见问题,研制了更加可靠和具有快热性能的熔融热子组件。     

行波管阴极组件热特性模拟分析

阴极作为行波管中电子束的来源,其热特性的分析尤其重要.建立了电子枪阴极组件热状态有限元分析方程,采用ANSYS软件对电子枪阴极组件进行稳态阴极工作温度均匀性和阴极预热时间的模拟分析,为阴极组件的优化设计提供了参考,有助于阴极研制单位提高阴极的寿命和提高行波管快速反应能力等.     

直径155mm钪酸盐阴极组件研制

热阴极不仅应用在微波电真空器件中,还可应用到高能电子线性加速器中,这种电子加速器通常需要具有上千安培发射电流的电子源.本文主要介绍了某加速器上的直径155mm钪酸盐热阴极组件的研究过程和初步测试结果.模拟分析和实验结果表明,该热阴极组件具有较好的结构稳定性;热子功率可达3200W,在1100℃时能提供2690A的脉冲发射电流,电流密度达到14.3A/cm2;同时单脉冲和三脉冲测试都表现出良好的电流稳定性和一致性.     

５００ ｋＷ 四极电子管栅极组件热分析与结构优化

四极电子管可以作为射频四级场(Radio Frequency Quadrupole, RFQ)加速器的射频功率源,而阴极和栅极作为四极电子管的关键电极,其结构参数直接影响四极电子管的输出功率和增益等主要性能参数。本文利用有限元分析软件ANSYS,对RF频率为195-600MHz、输出功率为500kW的四极电子管的栅极等关键部件进行了热分析计算。为模拟工作状态,首先施加阴极组件给定的功率,观测阴极和栅极组件的温度分布情况,然后进行抑制栅极散热翼片的结构优化与设计,仿真结果显示：栅极最高温度从289.29oC下降至268.21oC,达到优化抑制栅极的散热效果,并使用ANSYS的热-结构联合模块对其进行耦合计算分析,验证了优化后栅极结构的可行性,改善了四极管的散热需求,从而保证四极管能在合适的工作温度下稳定运行。     

钡钨阴极—热子组合件

文章着重介绍钡钨阴极-热子组合件试用于 D1006、D2013、D3024管型中。由于阴极形状和管结构的差异,降低热子加热功率各不相同。组合件正式投入 D2013管型中应用。     

磁控管中辅助热阴极式冷阴极技术研究

冷阴极技术是磁控管的重要发展方向,辅助热阴极式冷阴极技术在短毫米波和太赫兹磁控管中应用,可以突破阴极尺寸的限制,突破阴极发射能力的瓶颈,延长阴极使用寿命。文中对辅助热阴极式冷阴极的基本原理进行了理论分析,采用PIC软件分析了不同工作条件下电子相位的分布情况,在此基础上开展了W波段辅助热阴极式冷阴极磁控管试验研究,在磁场0.72 T、电压14.6 kV 条件下,磁控管输出功率340 W,工作频率95.913 GHz,磁控管能正常起振。     

一种电子枪分析设计

设计一种大功率轰击型六硼化镧电子枪。以传热学理论基础和重要结论为依据,得出能减小阴极电子枪热量损失的几个设计与材料选取原则。利用有限元法对轰击型六硼化镧电子枪阴极模型进行热模拟。依据模拟结果设计一种轰击型六硼化镧阴极电子枪,其发射面直径为2.0 mm,当加热功率为80.0 W时,阴极温度达到1 569℃所发射电子束束流密度达到5.55 A/cm2,并且发射稳定、束斑均匀、发散度小,反复暴露于大气后仍能正常工作。     

大功率LED排式热管散热器的开发及性能研究

开发了一种应用于大功率LED散热的排式热管散热器。在大空间自然对流冷却环境中,分别在0°、30°、60°、90°放置条件下对其启动性能、均温特性、散热性能进行了试验研究。试验结果表明:散热器启动性能良好,启动时间约为67min;在输入功率为30～70W的范围内,热源表面中心点温度不超过75℃;各倾角下散热器均具有较低的总热阻及扩散热阻,0°放置时总热阻最小。基于试验所得结果,通过计算LED结温论证了排式热管散热器在各倾角条件下均可满足热输出70W以下大功率LED散热的需求。     

C波段80 W空间行波管的研制

针对C波段80 W空间行波管进行了优化设计。利用微波管模拟器套装(MTSS)模拟高频慢波结构、注波互作用,运用CST软件模拟了磁系统和输能耦合系统,在输能结构的设计中考虑了微放电效应,设计窗的功率阈值远远大于欧空局8 dB设计要求,降低了管子工作时因微放电而造成损坏的风险。通过MTSS着重优化了高频方案,最终制管完成测试,获得了输出功率大于80 W,效率大于65%,相移小于45°,AM/PM转换系数小于3.5°/dB。     

六硼化镧空心阴极加热效率研究

为研究热屏蔽层对六硼化镧空心阴极加热效率的影响,建立了理论模型进行热力学计算,并通过实验对计算结论加以验证。结果证明,热屏蔽层的应用能够有效地反射热辐射,减少热能散失,降低加热功率,提高空心阴极加热效率,加热效率提高约17%。     

4 W single-transverse mode VECSEL utilising intra-cavity diamond heat spreader

An optically pumped semiconductor vertical external cavity surface emitting laser, with high output power and excellent beam quality operating at a wavelength near 1.05 /spl mu/m, is reported. A transparent diamond heat spreader was used for thermal management of the laser. The gain structure grown by molecular beam epitaxy includes 13 compressively strained InGaAs quantum wells. Maximum output power of 4 W with diffraction-limited beam (M/sup 2//spl les/1.15) was achieved using a 2% output coupler and incident pump power of 20 W. It is shown that power scalability is feasible with the presented laser geometry.     

超宽带50W电子战超小型行波管设计

本文对超宽带50 W电子战超小型行波管设计进行了介绍,其主要技术难点为超宽带设计及超小型设计。通过设计行波管高效率慢波互作用系统来进行超宽带设计,使得行波管工作频带覆盖4~18 GHz,全频带(除低端边频4~5 GHz外)输出功率典型值为50 W,其中4~5 GHz频带内输出功率达到35 W,整管效率高于33%。在保障电性能的同时,通过降低工作电压实现整管各部件微型化设计,实现整管结构尺寸的大幅度压缩,实现了功率密度的大幅度提升,突破了小型化电子战整机系统安装空间的限制,适应了更高标准的电子战应用要求。     

太阳同步轨道二维变姿态空间相机的外热流计算

为了得到准确的二维变姿态空间相机外热流数据,提出了一种在J2000坐标系下进行二维变姿态空间相机的外热流算法。首先,在J2000坐标系下确定了相机的位置、太阳的位置及其辐射强度;其次,根据空间相机的视轴始终指向太阳的工作特点及太阳的位置,计算出其在极端情况下的二维姿态角;然后,根据得到的姿态角计算出姿态变换矩阵。最后,利用Matlab编程计算出一个轨道周期内的不变姿态以及二维变姿态条件下的复杂外热流。该方法计算得到的不变姿态外热流与I-deas/TMG软件得到的结果能够很好地吻合。与姿态不变的相机相比,相机二维姿态的变化会导致其外热流发生较大的变化,尤其是入光口所在的-Y面,其太阳直射热流的波动范围为0~1 394 W/m2。得到的姿态角为热仿真模型姿态的调整提供了重要参考。由变姿态外热流数据可以看出,-Z面的外热流最小,其最大平均外热流小于4 W/m2。另外X面和+Y面的外热流也较小,X面最大平均外热流小于80 W/m2,+Y面最大平均外热流小于110 W/m2。在实际应用中,由于卫星平台的遮挡,X面和+Y面的外热流会更小,因此可以将-Z面,X面和+Y面作为散热面,为热设计工作提拱了很好的指导。     

高散热性能TGV转接板

随着玻璃通孔(TGV)转接板在微波系统集成中的应用越来越广泛,其微波大功率应用情况下的散热性能成为研究重点。针对TGV转接板高效散热性能的要求,进行TGV散热结构的设计和性能分析。建立TGV转接板封装集成结构的有限元模型,设计TGV转接板铜柱阵列散热结构。通过TGV工艺制作TGV高密度阵列。在4.82~14.47 W功率范围内对TGV转接板的散热性能进行测试,相应的TGV散热结构区域的热流密度为40.03~120.18 W/cm²,测得热阻芯片表面温度高达54.0~126.5℃,低于微波功率芯片最高结温150℃,可以满足大功率微波系统集成高效散热的需求。     

Power and linearity characteristics of GaN MISFETs on sapphire substrate

The improvement of device performance arising from the adoption of a MIS gate structure in GaN field-effect transistor (FET) is presented. GaN MISFET/MESFET devices were fabricated on sapphire substrate with and without the insertion of a thin SiN layer on device surface. The MISFET device showed improved device characteristic due to significant reduction in device gate leakage with respect to the standard MESFET structure. Measured power and linearity performance showed promising results. Under single-tone testing at 4 GHz, device yielded saturated output power 6.2 W/mm with 55% peak power added efficiency. When tested with two-tone signal device maintained a carrier to third order intermodulation ratio of 30 dBc up to power levels of 1.8 W/mm with 40% power added efficiency.