[发明专利]一种用于空间X射线通信基于能量负载信号的X射线源

说明书

一种用于空间X射线通信基于能量负载信号的X射线源，其阴极组件包括电子发射源、供电杆、供电杆绝缘陶瓷、阴极盖、阴极筒，聚焦极组件包括聚焦极膜片和聚焦极筒，阳极组件包括阳极膜片和阳极筒，并通过阳极筒与多靶材透射窗组件连接，电场调制组件包括多瓣电极和电极支架，多靶材透射窗组件包括金属靶材、透射窗、靶焊接环。本发明利用快速响应的高频脉冲调制电场调制组件，产生调制电场，改变电子运动轨迹，轰击多靶材透射窗组件上的不同金属靶材，产生不同能量的特征X射线。以多种能量的特征X射线为码元，从而实现基于能量负载信号的快速X射线空间通信。本发明调制速度快、可加载码元多、信噪比高、误码率低、通信速度快。

技术领域

本发明属于空间通信技术领域，具体涉及一种用于空间X射线通信基于能量负载信号的X射线源。

背景技术

X射线空间通信是一种以X射线光子作为载波信号实现信息传输的通信方式。在大气压强小于10^-4Pa的真空环境下，X射线透过率几乎为100％。且X射线具有频率高、能量高、波长短的特点。利用X射线的这些性质，将它应用于空间通信，能为未来的空间通信系统提供丰富的信道资源，能在复杂环境如强电磁屏蔽环境下进行通信，能有效缩小通信设备装置尺寸降低飞行器载荷。在目前提出的X射线通信方案中，美国天文物理学家KeithGendreau博士首次提出利用X射线实现空间卫星和飞行器之间的通讯，他将信号加载在紫外LED上，产生的调制紫外光照射光阴极，产生光电子，光电子经过光电倍增管后轰击阳极靶材产生X射线信号。接收端将调制的的X射线转换为调制的电信号，实现信息的传递。此外，中国科学院西安光学精密机械研究所赵宝升团队提出一种栅控X射线源，对栅极电压进行调制控制电子出射，从而控制有无X射线产生。

上述方案中，都是通过X射线信号的有/无来实现数字信号“0”“1”的传输，在信号接收端，探测器能量响应范围内的所有X射线都将被认为是有效信号，这在真实的空间环境中易受宇宙射线及背景X射线的影响，导致信噪比降低，通信性能下。而且在工作中会有较多电子打在栅极上，这将导致在栅极产生热量，增加对散热方面进行设计难度。专利(申请号201810193985.2)提出了一种用于空间X射线通信的磁场调制X射线源，使用磁场控制X射线源产生不同特征X射线出射，而在该方案中，要使电子束产生较大偏转，需要较大的磁场以及较大电流来产生磁场，方案中采用了铁氧体磁芯，在高频情况下感抗增大会影响偏转性能，无法实现快速调制。

综上，需要克服以上不足，设计一种高信噪比、快调制速度、多码元、低功耗的X射线源，为X射线空间通信的实际应用有十分重要的意义。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种用于空间X射线通信基于能量负载信号的X射线源。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于空间X射线通信基于能量负载信号的X射线源，其特征在于，包括：阴极组件、聚焦极组件、阳极组件、电场调制组件和多靶材透射窗组件；所述阴极组件用于发射电子束，发射的电子束经过聚焦极组件聚焦后进入阳极组件，所述阳极组件中安装有电场调制组件，阳极组件后端安装有多靶材透射窗组件，所述电场调制组件产生调制电场，用于改变电子束的运动轨迹，使电子束轰击多靶材透射窗组件中不同的金属靶材，从而产生不同能量的特征X射线，多种能量的特征X射线作为码元出射，实现基于能量负载信号的X射线空间通信。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，所述阴极组件包括供电杆、供电杆绝缘陶瓷、阴极盖、电子发射源和阴极筒；所述阴极筒安装在第一真空陶瓷筒中，所述阴极盖同轴焊接在阴极筒前端，所述供电杆垂直穿过阴极盖，用于给位于其端部的电子发射源供电，供电杆外包裹有供电杆绝缘陶瓷，所述电子发射源电位悬浮在阴极筒上，电子发射源产生的电子束经过阴极筒前端开设的通孔后进入聚焦极组件。