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。     

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℃。     

含钪扩散阴极电子发射研究

采用水冷阳极平板二极管结构测试了含钪扩散阴极，结果表明，它有比其它扩散阴极更大的发射电流密度。在849℃（亮度温度），利用亚微米粉体制备的含钪阴极的功函数约为1．55eV，电子发射常数为1．126A／cm^2K^2。同时，采用米拉曲线讨论了这类阴极的欠热特性和电子发射性能。     

辐射型加热磁控注入电子枪温度均匀性和热形变分析

基于140 GHz兆瓦级回旋振荡器电子枪设计和研制,利用ANSYS热分析软件,建立相应的磁控注入电子枪模型,分析电子枪工作时阴极温度均匀性及热形变,尝试通过相关几何和电参数的调整,在改善阴极温度均匀性的基础上,尽可能消除热形变对电子轨迹质量的影响。通过对比相同加热功率下阴极发射带的实测温度及仿真温度,评价了仿真模型及结果的合理性,为阴极组件的实际设计提供了参考数据。     

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。     

场致发射阵列阴极电子枪的设计及模拟研究

讨论了微波管用电子枪的一般参数和要求，对于在微波管中应用场发射阵列阴极电子枪的情况作了分析，表明其中存在的主要问题是电子注散焦。通过比较场发射电子注聚焦的几种方法，利用传统电子枪整体聚焦的思想，初步设计了一个场发射阵列阴极电子枪模型，它包括场致发射阵列阴极，一个Whelnelt电极，一个聚焦电极和一个阳极。通过利用Mafia软件对电子注轨迹的模拟计算，对电子枪的聚焦部分进行了改进。     

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。     

3mm回旋行波放大器单阳极磁控注入式电子枪的设计

该文根据3mm回旋行波放大器对电子枪的要求,完成了单阳极磁控注入式电子枪的设计。首先由绝热理论和角动量守恒关系式,求出了电子枪的初始设计参数,如阴极倾角、电子注发射表面宽度和阴-阳极间距离等;然后借助电子注轨迹分析程序EGUN,利用数值计算的方法得到了最终的电子注参数。结果显示:在电子注加速电压70kV,工作电流4.55A,电子注的横向与纵向速度比为1.0时,电子注的轴向速度零散为2.4%,能够满足回旋行波管放大器对电子注低速度零散的要求。     

空间行波管电子枪阴极温度拟合计算研究

工作温度是影响阴极发射能力和寿命的关键参数,其与电子枪保温结构、加热功率、环境温度相关,未经实测时不同加热功率和环境温度下的阴极温度往往较难确定。本文利用温度试验数据构建并拟合出简化的空间行波管电子枪热节点模型,通过热节点模型推算出不同加热功率和环境温度下的阴极温度,与实测温度比较验证了模型的准确性。此构建拟合热节点模型的方法为推算电子枪阴极温度提供了一种简便途径。     

行波管电子枪改进及过渡区磁场设计的模拟计算

分析了行波管电子枪和过渡区磁场设计的基本原理和方法,结合互作用区分别对高面积压缩比、低导流系数电子枪及其后的过渡区磁场进行改进和设计：首先对加辅助阳极的原电子枪和过渡区的周期聚焦磁场进行优化,在考虑热初速的情况下,对电子枪和磁场再度优化。模拟结果表明：辅助阳极能有效改善高面积压缩比、低导流系数电子枪产生电子注的层流性;电子热初速对电子注质量影响较大;合理的过渡区磁场能为互作用区提供符合要求的电子注。运用此设计对一螺旋线行波管进行模拟计算,达到了良好的效果。     

毫米波带状注电子枪的设计方法

利用理论分析和仿真模拟相结合的方法对带状电子注的产生进行了系统的研究,并提出了一种带状注电子枪的设计方法.首先通过理论分析,提出了一种计算带状注电子枪结构参数的迭代算法,即根据注电压、注电流、电子注注腰处半厚度、阴极半厚度和阴极宽度,计算出带状注电子枪的阴极柱面半径、阴阳极间距、阳极柱面半径和射程等主要参数;在此基础上,通过仿真模拟,为毫米波真空电子器件设计了一种带状注电子枪.     

C波段多注速调管电子光学系统的初步设计

采用电子枪软件EGUN对C波段多注速调管的电子光学系统进行了初步设计,得到的电子枪发射电流密度均匀,电子注轨迹层流性好并且在收集极发散均匀。应用此电子枪分别研究阴极表面磁场的变化、磁场比例因子的变化、均匀区平坦度的变化对电子轨迹的影响。随着阴极表面磁场的增大,电子注注腰半径增大,电子注波动增大;而随磁场比例因子的增大,电子轨迹波动增大,波动频率增加;均匀区平坦度有波动时,磁场增大则波动减小,磁场减小则波动增大。     

碳纳米管冷阴极电子枪栅网电子通过率的仿真及实验

本文在栅网结构碳纳米管冷阴极电子枪原型器件的基础上,研究了栅网通过率对冷阴极电子枪阴极发射和电子通过率的影响。首先通过计算机仿真了栅网通过率对阴极发射电流及阳极电流的影响,在其他条件相同的情况下,栅网通过率为80%左右时可得到最大阳极电流;其次根据仿真结果加工了两种不同栅网通过率的电子枪原型并进行了测试,得到的实验结果与仿真基本一致,最后从理论上对实验结果进行了分析,对进一步研究冷阴极电子枪提供了技术依据。     

碳纳米管冷阴极Pierce电子枪

为发展场致发射冷阴极毫米波电真空辐射源器件, 对利用大面积碳纳米管冷阴极产生大电流、高电流密度电子注的电子光学系统进行了研究.通过在Pierce电子枪阴极表面引入栅网结构, 解决了碳纳米管冷阴极场致发射所需的强电场和电子聚束问题.在碳纳米管冷阴极实验测试数据的基础上, 采用粒子模拟软件对上述电子光学系统进行了仿真.研究了栅网对注电流、注腰半径和电子注散射的影响, 分析了阳极电压和外加轴向磁场对电子注的聚束作用.优化后的仿真结果表明在阴极发射面为3.03 cm2时, 该电子光学系统能够产生210 mA、60 kV, 电流密度为6.7 A/cm2, 最大注半径为1mm的电子注.     

空间行波管用低蒸散M型阴极的蒸发性能与寿命特性

针对空间行波管等真空电子器件使用寿命受限于阴极电子源的问题，制备了低蒸散型覆膜扩散阴极(M型阴极)，对其蒸发性能、发射性能及寿命特性展开研究。采用贝克法测量阴极初始状态及经过不同寿命时长后的蒸发速率，在水冷阳极中进行了阴极发射性能的测试，随后比较了低蒸散M型阴极与常规M型阴极的性能差异。在专用测试系统中，以行波管电子枪漂移管为载体，对阴极的寿命特性进行测试与分析。研究结果表明，在1 050℃_B和1 100℃_B时，低蒸散M型阴极的蒸发速率与常规M型阴极相比分别降低了89.7%和84.8%，同时发射性能满足器件应用要求。寿命实验结果显示，在行波管电子枪短管中，实验阴极在980℃_B～1 140℃_B范围内，直流支取1.2 A/cm²的条件下，稳定工作10 000 h以上。阴极工作温度低于1041.5℃_B时预估寿命即可超过20年。     

D波段行波管电子光学系统设计

提出一种用于D波段行波管的电子光学系统设计方案,包括电子枪和永磁聚焦系统,并进行了验证。电子枪采用经典皮尔斯电子枪结构,阴极发射面的外层设置阴极套壳,抑制阴极边缘杂散发射;采用圆柱形控制极替代锥形控制极,同时在聚焦极加负偏压,调节电子注的压缩状态。所设计电子枪工作电压为19 kV,提供电子注电流57 mA,注腰半径为0.068 mm,射程为14.9 mm。为在半径0.15 mm的电子通道中稳定地聚焦和传输电子注,永磁聚焦系统采用周期永磁聚焦系统。峰值磁场为布里渊磁场的2.9倍,增加了电子注刚性。模拟结果显示,传输的电子注最大波动半径小于0.1 mm。按所设计的电子光学系统加工组装了试验流通短管,测试结果显示电子注电流为49.83 mA,收集极电流为49.6 mA,对应电子注流通率达到99.5%,实现了设计目标。     

基于火花试验装置的真空放电微观特性模拟研究

为了研究火花试验装置中电极在真空中放电的微观特性,本文建立了在真空环境下,以钨为阳极材料、镉为阴极材料的二维平行板放电模型.采用PIC/MCC(Particle-In-Cell/Monte Carlo Collision)方法对该模型进行仿真,研究了不同电子发射机制下平行板电极放电的发展过程以及空间场强、阴极表面温度和场增强因子对空间电子变化的影响,得到在场致发射、热发射以及热-场致发射作用下放电过程中的电子浓度和阳极吸收电流的变化以及电子密度和电势的空间分布等.研究发现,场致发射是微间隙阴极电子发射的主导发射机制,当阴极表面温度在焦耳热的作用下达到镉金属的沸点1040K时将产生镉蒸汽,电流密度和电子浓度逐渐增大,此时热发射将开始作用于微间隙放电;当温度大于镉金属气化温度后,场强的影响将大于温度的影响;当场增强因子很小时,热发射几乎不起作用,随着场增强因子不断增大,热发射的作用逐渐增强,导致空间电子浓度明显增加,真空环境下微间隙放电是由热-场共同作用的.     

S波段多注速调管电子枪设计

介绍了一种应用于S波段同轴腔高功率多注速调管的电子枪设计方案。该电子枪总电子注数目为40个(内层19个,外层21个),工作电压为60 kV,总电流为300 A(平均分配在40个电子注上),单注导流系数为0.51μP,总导流系数为20.4μP,设计的阴极电流发射密度小于12 A/cm²,电子枪内最大场强为16.6 kV/mm。为使系统小型化,采用周期反转永磁聚焦系统约束电子注,聚焦系统由四组磁钢形成三个磁场均匀区,三个均匀区的磁场逐级增大,最小磁场强度为0.11 T,最大磁场强度为0.12 T。采用三维计算软件对电子注静电轨迹、磁场分布及聚焦轨迹进行了计算和优化,设计的多注电子枪电子注通过率达到了100%。     

电子枪发射电流的数值计算

本文根据热电子发射的统计理论,运用无穷大平板二极管中考虑电子纵向热速度效应的电位状态与普通电子枪中阴极前面的电位状态相等效的处理方法,编写了电子枪的计算机程序,得到了计算的电子枪发射电流值与实测的电流值相一致的结果,文中还通过计算分析指出,在计算电子束管电子枪的发射电流时,必须考虑电子的纵向热速度效应,其计算的电流值比3/2次方定律的电流值大,且更接近实测结果;微波管强流电子枪中,电子纵向热速度效应在低工作电压下比在高工作电压下影响大些,但总的来说,比在电子束管中的影响小得多;电子纵向热速度效应对发射电流的影响随阴极的发射电流密度与阴极发射本领差别的增大而增加,但当这一差别大于一定值后,这种影响的大小趋于恒值。     

X 波段50MW 速调管电子光学系统的初步设计

：采用PIC 模拟程序对X 波段50MW 速调管的电子光学系统进行了初步的设计。设计的电子枪压缩比>120, 阴极发射电流密度均匀,电子注轨迹层流性良好。模拟设计的电子枪区最大场强达到27.8kV/mm,属于可以承受的范围。