基于磁控注入式纳米冷阴极电子枪行波管仿真研究

摘要

传统微波真空电子器件的电子发射源多采用热阴极作为电子发射材料，但是热阴极其本身具有不可忽视的缺陷，然而场致发射冷阴极相比热阴极其具有很大优势，比如其能够提高系统的响应速度，降低系统的功耗和便于器件制备的小型化等，因此对场致发射冷阴极的研究得到了越来越多的科研学者的关注，尤其是碳纳米管的问世，让碳纳米管取代传统热阴极成为新一代新型电子发射源材料成为了可能。慢波系统是行波管能够激励起微波信号并将其进行放大输出的关键结构，因此把碳纳米管应用到行波管中以发挥其冷阴极的优势具有极大的研究价值和应用前景。 本论文正是基于上述背景下开展了对基于磁控注入式纳米冷阴极电子枪行波管的仿真研究，论文的主要工作如下： 1.介绍了场致发射冷阴极的优势以及碳纳米管冷阴极材料在行波管中的应用，同时也对行波管工作的原理及其慢波结构进行简要的描述。 2.在理解磁控注入式电子枪原理的基础上，开始在CST仿真软件中对磁控注入式纳米冷阴极电子枪进行建模设计并对其进行模拟计算研究，最终在不断的优化调试后，得到满足需求的电子注，在对计算结果进行后处理后，可以看出电子注的横向速度和纵向速度分别在变大和减小，最终横纵速度比稳定在?=1。 3.采用螺旋线作为行波管慢波系统，并分析研究螺旋线慢波结构的色散特性和耦合阻抗特性，采取对慢波系统切断和设置集中衰减器的方法来抑制行波管的自激振荡，并对整个慢波系统的传输特性进行了仿真计算。 4.在完成对电子枪和慢波系统研究工作后，开始对基于磁控注入式纳米冷阴极电子枪行波管进行PIC粒子仿真研究，从计算结果看出，行波管在工作时能够得到稳定的输出功率，最后我们在其他参数不变的情况下通过改变电子注的横纵速度比和电子注的离散来分析对应输出功率的变化。

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