场致发射电子光学系统理论与实验研究-电子与通信工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDY OF FIELD EMISSION ELECTRON OPTICS A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Electronics and Communication Engineering Author: Sun Limin Advisor: Professor Yanyang School : School of Physical Electronics 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 年 月 日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后应遵守此规定） 作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 摘要 摘 要 为了发展冷阴极微波、毫米波电真空辐射源器件，本文对采用碳纳米管场致 发射阴极的电子光学系统进行了研究。主要内容为： 1．以实验测试数据为基础，结合 Magic 粒子模拟软件建立碳纳米管场致发射 阴极仿真模型。对碳纳米管场致发射阴极的直流及脉冲发射特性进行了实验研究， 在直径为 4mm 的圆形平面阴极上获得最大电流密度为 127mA/cm2，发射电流 16mA。 2．对利用大面积碳纳米管场致发射阴极产生大电流、高电流密度电子注的电 子光学系统进行了研究。通过在阴极表面引入栅网结构，解决了碳纳米管阴极场 致发射所需的强电场和电子束聚束问题，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。仿 真结果表明在阴极发射面 积为 3.03cm2 时，该电子光学系统能够产生 210mA、60kV，电流密度 6.7A/cm2，注半 径为 1mm 的电子注。 3．对采用平面阴极结构的碳纳米管场致发射电子光学系统进行了研究。该结 构不仅更易于工程实现而且解决了电子聚束问题。研究了阴栅结构的轴向位置和 聚焦极电压对电子聚束的影响。优化后的结果表明在阴极发射面积为 50mm2 时， 该电子枪能够产生 45kV、300mA，半径为0.5mm，轴向离散比为0.2 %的电子注。 4．对采用碳纳米管场致发射球面阴极电子枪的 8mm 返波管振荡器进行了粒 子模拟研究，采用盘荷波导慢波结构，优化后的结果表明，在工作频率为 33.9GHz， 该振荡器的效率为 6.6%，平均输出功率为 0.83kW。 关键词：场致发射阴极，碳纳米管，仿真模型，电子枪 I ABSTRACT ABSTRACT In order to develop microwave and millimeter wave electric vacuum radiation source devices with cold cathodes, the electron-optical system using carbon nanotube field emission cathodes (CNFEC) is investigated in this paper. The main body of research as follows; 1．Based on the experimental results, the field emission simulation model of CNFEC has been established by PIC simulation software of Magic. Pulsed and straightflow field emission characteristics of CNFEC have been experimentally investigated. The maximum emission current density of 127mA/cm2 has been tested for CNFEC