[发明专利]一种X射线频率调制方法、发射装置及其应用

说明书

本发明提供了一种X射线频率调制方法、发射装置及其应用，旨在解决现有X射线频率调制方法效率低下，且抗干扰性能差等问题。该X射线频率调制方法，包括：在阴极热电子源与阳极靶之间构建垂直于电子传输方向的静电场E2以控制热电子的偏转；所述阳极靶沿垂直于电子传输方向分为不同材料的两段阳极靶，分别记为第一阳极靶和第二阳极靶；当需要传输信号1时，施加电压形成所述静电场E2，热电子在E2的作用下，产生偏转，轰击第一阳极靶，产生第一阳极靶相应的特征X射线；当需要传输信号0时，调整静电场E2，使热电子轰击第二阳极靶，产生第二阳极靶相应的特征X射线。

技术领域

本申请涉及一种X射线频率调制方法、X射线调制发射装置及其应用。

背景技术

X射线通信是一种具有巨大应用潜力的新型空间通信方法。X射线的波长比红外线和微波短得多。原则上，X射线通信可以在相同的传输功率下发送更多的数据，这将为深空通信任务提供更为高效的每秒千兆比特的数据传输。此外，X射线可以穿透因高速飞行器返回地球时与大气摩擦而产生的等离子体鞘套，形成在黑障区内的通信保障。

然而，目前一些技术上的限制使得X射线通信无法完全发挥其在空间通信中的优势。其中，X射线调制发射源的影响最为重要。目前，主要有四种产生X射线的方法，它们分别是同步辐射X射线源、自由电子激光X射线源、激光等离子体X射线源和X射线管。具体而言，同步辐射X射线源和自由电子激光X射线源都属于大型科学设备，它们可以产生高亮度和高单色性的X射线，然而它们体积庞大、耗电量大，并且难以调制，无法将通信信号加载到X射线上；激光等离子体X射线源是由激光产生具有一定电子密度的等离子体，再通过加速等离子体内的电子轰击固体靶或者气体靶产生X射线，该方法机理复杂，产生X射线效率较低、流量较小，且激光与靶材之间的相互作用容易产生固体碎片产生污染；而传统的X射线管以及由其衍生出的阴极调制或者栅控调制X射线管也存在着调制速率受限、电子发射效率低、产生X射线流量小、单色性差、准直度低等缺点。

同时，就现有的X射线调制发射源方案而言，都是通过控制电子束流的通断来实现X射线的调制。换句话说，当需要传输数字信号1时，允许电子束通过，且对电子加速令其轰击阳极靶产生X射线；当需要传输数字信号0时，不允许电子束通过，无X射线产生。它们都是通过X射线的有或者无两种状态来传输信息。这种调制方式被称为开关键控OOK(on-off-keying)调制方式。OOK调制是一种相对原始的调制方法，其效率低下，且抗干扰性能差，也不适用于后续信号处理过程。

发明内容

本申请的目的是解决现有X射线频率调制方法效率低下，且抗干扰性能差等问题。

为了实现上述目的，本申请提出以下解决方案：

第一方面，一种X射线频率调制方法，包括：

在阴极热电子源与阳极靶之间构建垂直于电子传输方向的静电场E2以控制热电子的偏转；所述阳极靶沿垂直于电子传输方向分为不同材料的两段阳极靶，分别记为第一阳极靶和第二阳极靶；

当需要传输信号1时，施加电压形成所述静电场E2，热电子在E2的作用下，产生偏转，轰击第一阳极靶，产生第一阳极靶相应的特征X射线；

当需要传输信号0时，调整静电场E2，使热电子轰击第二阳极靶，产生第二阳极靶相应的特征X射线。

进一步可选地，所述调整静电场E2，是使E2＝0，此时热电子保持出射方向轰击第二阳极靶。当然，也可以使E2为负值，使得热电子向另一侧偏转，甚至也可以明显增大或减小E2的场强(当然，需要预先确定两段阳极靶位置与场强大小的对应关系)。

进一步可选地，所述静电场E2是通过在阴极热电子源与阳极靶之间设置一对平板电极实现的。

上述热电子的偏移程度可由下式确定：