基于空间X射线通信的脉冲发射源研究
随着现代科学技术的不断发展,利用微波、红外、可见光、紫外等波段为载波的通信技术已经广泛应用于不同环境的通信系统中,作为电磁波谱的一部分,X射线波长介于紫外波段和γ射线之间,目前通常应用于医疗检测、无损探伤和生物医学等领域作为一种成像光束,而在通信中的应用还是一片空白.在现代社会里,电磁频谱资源既要商用又要民用,随着时间的推移,对频谱资源的需求呈几何级增长.本文主要研究在X波段作为通信载波的通信系统中的核心部分-脉冲X射线发射源,它对栅控电压、载波质量、接收装置、传输误码率和相关电子学设计等都会产生重要的影响,并且其性能对真空X射线通信系统的整体性能指标起着关键作用.目前,产生X射线的方法主要有传统的热电子发射X射线管、激光等离子体、同步辐射X射线源和X射线激光器等四种,考虑到X射线发射装置对结构尺寸、功耗、效率、以及调制频率等要求,结合本研究团队的专业优势,我们提出了栅极控制X射线发射源的概念,简称"栅控X射线源".本文将计算机建模与仿真技术引入到栅控X射线源的设计过程中,使用CST粒子工作室软件对栅控X射线源进行建模,并对其内部电位分布、粒子运行轨迹、实际焦斑大小和栅极控制特性进行了仿真计算与总结分析,仿真结果表明:栅控X射线源内部的电位分布在栅极窗口处的变化最明显,电子束运行至栅极窗口时在静电场作用下有明显的聚焦作用;在电子源发射的热电子全部被栅极所截获时的栅极电压为-10V,开启电压为0V,电子束打在阳极靶上的实际焦斑大小为0.4mm*4mm.最后,制作了栅控X射线源的实验样管并对其进行了能谱测试和栅控特性测试实验,得到了不同阳极电压下的能谱图,通过对比分析得知在阳极电压约为20-21keV时,钼靶的特征谱开始出现,与计算机仿真结果相符.实验测试中还得到了栅极截止电压为-10V,正常导通时工作电压为0V,仿真结果与实验测试结果符合的很好.最后在X射线真空数字实验系统中成功实现了频率为10kHz,占空比为50%,高电平为0,低电平为-10V的数字信号传输.实验测试结果表明本文根据CST仿真软件的设计结果制作的栅控X射线源的性能参数符合实验系统的要求,并对X射线空间通信的下一步进展提供了坚实基础.
- 作者：
- 马晓飞
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
- 专业名称：
- 物理电子学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2014年
- 导师姓名：
- 赵宝升
- 中图分类号：
- TN929.1
- 关键词：
- 栅控X射线源；截止电压；焦斑尺寸；数字信号通信
- grid control X-ray source； cut-off voltage； focal spot size； digital signaltransmission