柵控X射線源、空間X射線通信系統及方法技術方案

本發明專利技術涉及柵控X射線源、空間X射線通信系統及方法，其中柵控X射線源的結構為燈絲一端接地，燈絲另一端接電源正極，熱陰極設置在燈絲的外側且熱陰極的出射孔正對燈絲，調制柵極為帶有小孔的電極板，調制柵極的小孔正對熱陰極的出射孔，電子聚集板設置在柵極小孔的兩側且形成的聚焦通道正對小孔，電子束經電子聚集板聚焦后發射到陽極金屬靶，陽極金屬靶的發射面對著聚焦通道的出口，陽極金屬靶的另一面接電源正極，出射窗設置在陽極金屬靶的電子束反射路上。本發明專利技術解決了現有的利用X射線實現通信的技術通信信噪比低、誤碼率高、通信速率低的技術問題，本發明專利技術具有通信距離遠、通信誤碼率低的優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及空間通信
，特別涉及一種空間X射線通信中的調制脈沖源及其關鍵技術。
技術介紹
由于X射線波長很短，穿透能力很強，當X射線光子能量大于IOkeV,即波長小于0.12nm時，在大氣壓強低于10_4Pa時，X射線透過率為100%，幾乎是無衰減的傳輸。即可以利用很小的發射功率實現遠距離空間通信。還有一個應用就是衛星在返回地球時，要穿過一個等離子體區，在這個區域的無線電波被完全屏蔽，如果利用X射線通信可以穿過等離子體層。因此相比于其他通信方式，X射線通信具有發射功率低、傳輸距離遠、保密性強、不受空間環境電磁干擾、通信頻帶寬等優點，可望實現在未來的空間衛星間的實時通信。美國Goddard Center Flight Center 的 Keith Gendreau 博士 2007 年提出了利用X射線實現空間衛星飛行器點對點的通信，并搭建了實驗裝置。如圖1所示，在發射端利用要傳輸的數字信號，調制紫外發光二極管(UV-LED)，紫外LED發射出調制的紫外光照射一個“光電發射X射線管”;“光電發射X射線管”由紫外光電陰極、微通道板(MCP)、金屬靶陽極組成。光電陰極接收紫外光轉換為光電子，光電子通過微通道板(MCP)的倍增，倍增后的電子在陽極電場(Va)的加速下，轟擊金屬靶，從而產生調制的X射線脈沖。接收端利用一個對X射線敏感的S1-PIN光電二極管將調制的X射線光脈沖轉換成調制的電脈沖，調制的脈沖經過濾波和解調電路，還原出數字信號。綜上,不難看出Keith Gendreau博士的方案的主要存在以下缺點:I)通信信噪比低，誤碼率高。光電陰極的光電發射電流和輸入光功率成正比，但當輸入光增大到一定數值時，光陰極會受到永久性的損傷。所以電流(Ia)不可能太大。因此Keith Gendreau博士的方案中調制X射線源的發射功率(IaXVa)不可能做大，因此通信信噪比低，誤碼率高。2)通信速率低，在Keith Gendreau博士的方案中，由于X射線的散射和實現聚焦的困難，為實現遠距離的通信，采用大面積的S1-PIN光電二極管的探測X射線脈沖。大面積的S1-PIN光電二極管利用的是內光電效應，時間分辨僅有微秒量級。因此通信速率受限制。本專利技術的主要目的是克服以上的不足，提出一種空間X射線通信的方案。
技術實現思路
為了解決現有的利用X射線實現通信的技術通信信噪比低、誤碼率高、通信速率低的技術問題，本專利技術提供一種實用可行的柵控X射線源、空間X射線通信系統及方法。本專利技術的技術解決方案:柵控X射線源，其特殊之處在于:所述柵控X射線源包括X射線管殼22以及設置在X射線管殼22內的依次排列的燈絲21、熱陰極23、調制柵極24、電子束聚焦極25、金屬靶陽極26以及設置在X射線管殼上的出射窗27，所述燈絲一端接地，燈絲另一端接電源負極，所述熱陰極設置在燈絲的外側且熱陰極的出射孔正對燈絲，所述調制柵極為帶有小孔的電極板，所述調制柵極的小孔正對熱陰極的出射孔，所述電子束聚焦極設置在柵極小孔的兩側且形成的聚焦通道正對小孔，電子束經電子束聚焦極聚焦后發射到陽極金屬靶，所述陽極金屬靶的發射面對著聚焦通道的出口，所述陽極金屬靶的另一面接電源陽極，所述出射窗設置在陽極金屬靶的電子束反射路上。一種空間X射線通信系統，包括發射裝置和接收裝置，所述發射裝置包括數字信號發射源、發射端通信接口、發射端載波信號發生器、調制器、信號調理電路、柵控X射線源以及X射線準直器，所述數字信號發射源將要傳輸的數字信號通過發射端通信接口輸入至調制器，所述發射端載波信號發生器將產生的發射端載波信號輸入調制器，調制器將數字信號和發射端載波信號調制后生成數字調制信號并輸入到信號調理電路，信號調理電路對數字調制信號進行放大、電平變換處理后，輸入至柵控X射線源的輸入端，柵控X射線 源輸出X射線脈沖信號，X射線脈沖信號經過X射線準直器準直后發射至接收裝置；所述柵控X射線源包括X射線管殼22以及設置在X射線管殼22內的依次排列的燈絲21、熱陰極23、調制柵極24、電子束聚焦極25、金屬靶陽極26以及設置在X射線管殼上的出射窗27，所述燈絲一端接地，燈絲另一端接電源負極，所述熱陰極設置在燈絲的外側且熱陰極的出射孔正對燈絲，所述調制柵極為帶有小孔的電極板，所述調制柵極的小孔正對熱陰極的出射孔，所述電子束聚焦極設置在柵極小孔的兩側且形成的聚焦通道正對小孔，所述陽極金屬靶的發射面對著聚焦通道的出口，所述陽極金屬靶的另一面與接電源陽極，所述出射窗設置在陽極金屬靶的電子束反射路上。上述接收裝置包括X射線聚焦鏡、X射線探測器、前置放大器、解調器、接收端載波信號發生器、接收端通信接口和數字信號接收源，X射線聚焦鏡對入射的X射線脈沖信號進行聚焦輸出載波調制X射線信號至X射線探測器，X射線探測器將接收到的載波調制X射線信號轉化為電信號輸出至前置放大器，前置放大器對電信號進行放大輸出至解調器，接收端載波信號發生器將輸出的接收端載波信號輸入至解調器，解調器根據發射裝置調制器的調制方式將輸入的接收端載波信號和放大的電信號進行處理解調出數字信號，數字信號經過接收端通信接口輸送至數字信號接收源。上述X射線探測器包括探測器殼體，設置在探測器殼體上的輸入窗I以及設置在探測器殼體內的依次排列的光電陰極2、微通道板3、收集陽極和同軸連接器5，所述光電陰極設置在微通道板的一側，所述同軸連接器設置在收集陽極的輸出端，所述收集陽極的輸入端與微通道板之間設置有空隙。上述收集陽極為蛇形微帶線陽極41或50 Q阻抗匹配陽極42。上述發射端通信接口和接收端通信接口是1 232、1 485、”82.0、^^或網口 ；所述調制器的調制方式是調幅、調頻或調相；所述解調器的解調方式是調幅、調頻或調相。所述的調制柵極的小孔直徑0.1mm 1mm，調制柵極在熱陰極前Imm處，金屬靶陽極的材料是鉭、鑰或鎢。通信系統的空間X射線通信方法，其特殊之處在于:包括以下步驟:I]發射信號:1.1]數字信號發射源將要傳輸的數字信號通過發射端通信接口輸入至調制器；1.2]發射端載波信號發生器將產生的發射端載波信號輸入調制器；1.3]調制器將數字信號和發射端載波信號調制后生成數字調制信號輸入到信號調理電路；1.4]信號調理電路對數字調制信號進行放大、電平變換處理送至柵控X射線源；1.5]柵控X射線源輸出X射線脈沖信號，X射線脈沖信號經過X射線準直器準直后發身寸;2]接收信號:2.1]X射線聚焦鏡對入射的X射線脈沖信號進行聚焦后生成載波調制X射線信號并輸出至X射線探測器；2.2] X射線探測器將接收到的載波調制X射線信號轉化為電信號輸出至前置放大器；2.3]前置放大器對電信號進行放大處理輸出至解調器，接收端載波信號發生器產生的發射端載波信號并輸入至解調器，所述接收端載波信號與發射端載波信號相同；2.4]解調器根據調制器的調制方式，對放大的電信號和發射端載波信號進行處理解調出數字信號，數字信號經過接收端通信接口輸送至數字信號接收源，解調器的解調方式與調制器的調制方式相對應。上述柵控X射線源包括X射線管殼22以及設置在X射線管殼22內的依次排列的燈絲21、熱陰極23、調制柵極24、電子束聚焦極25、金屬靶陽極26以及設置在X射線管殼上的出射窗27，所述燈絲的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
柵控X射線源，其特征在于：所述柵控X射線源包括X射線管殼(22)以及設置在X射線管殼(22)內的依次排列的燈絲(21)、熱陰極(23)、調制柵極(24)、電子束聚焦極(25)、金屬靶陽極(26)以及設置在X射線管殼上的出射窗(27)，所述燈絲一端接地，燈絲另一端接電源正極，所述熱陰極設置在燈絲的外側且熱陰極的出射孔正對燈絲，所述調制柵極為帶有小孔的電極板，所述調制柵極的小孔正對熱陰極的出射孔，所述電子束聚焦極(25)設置在柵極小孔的兩側且形成的聚焦通道正對小孔，電子束經電子束聚焦極聚焦后發射到陽極金屬靶，所述陽極金屬靶的發射面對著聚焦通道的出口，所述陽極金屬靶的另一面接電源正極，所述出射窗設置在陽極金屬靶的電子束反射路上。

【技術特征摘要】
1.柵控X射線源，其特征在于:所述柵控X射線源包括X射線管殼(22)以及設置在X射線管殼(22)內的依次排列的燈絲(21)、熱陰極(23)、調制柵極(24)、電子束聚焦極(25)、金屬靶陽極(26)以及設置在X射線管殼上的出射窗(27)，所述燈絲一端接地，燈絲另一端接電源正極，所述熱陰極設置在燈絲的外側且熱陰極的出射孔正對燈絲，所述調制柵極為帶有小孔的電極板，所述調制柵極的小孔正對熱陰極的出射孔，所述電子束聚焦極(25)設置在柵極小孔的兩側且形成的聚焦通道正對小孔，電子束經電子束聚焦極聚焦后發射到陽極金屬靶，所述陽極金屬靶的發射面對著聚焦通道的出口，所述陽極金屬靶的另一面接電源正極，所述出射窗設置在陽極金屬靶的電子束反射路上。2.一種空間X射線通信系統，包括發射裝置和接收裝置，其特征在于: 所述發射裝置包括數字信號發射源、發射端通信接口、發射端載波信號發生器、調制器、信號調理電路、柵控X射線源以及X射線準直器，所述數字信號發射源將要傳輸的數字信號通過發射端通信接口輸入至調制器，所述發射端載波信號發生器將產生的發射端載波信號輸入調制器，調制器將數字信號和發射端載波信號調制后生成數字調制信號并輸入到信號調理電路，信號調理電路對數字調制信號進行放大、電平變換處理后，輸入至柵控X射線源的輸入端，柵控X射線源輸出X射線脈沖信號，X射線脈沖信號經過X射線準直器準直后發射至接收裝置； 所述柵控X射線源包括X射線管殼(22)以及設置在X射線管殼(22)內的依次排列的燈絲(21)、熱陰極(23)、調制柵極(24)、電子束聚焦極(25)、金屬靶陽極(26)以及設置在X射線管殼上的出射窗(27)， 所述燈絲一端接地，·燈絲另一端接電源負極，所述熱陰極設置在燈絲的外側且熱陰極的出射孔正對燈絲，所述調制柵極為帶有小孔的電極板，所述調制柵極的小孔正對熱陰極的出射孔，所述電子束聚焦極設置在柵極小孔的兩側且形成的聚焦通道正對小孔，所述陽極金屬靶的發射面對著聚焦通道的出口，所述陽極金屬靶的另一面與接電源陽極，所述出射窗設置在陽極金屬靶的電子束反射路上。3.根據權利要求2的所述的空間X射線通信系統，其特征在于:所述接收裝置包括X射線聚焦鏡、X射線探測器、前置放大器、解調器、接收端載波信號發生器、接收端通信接口和數字信號接收源， X射線聚焦鏡對入射的X射線脈沖信號進行聚焦輸出載波調制X射線信號至X射線探測器， X射線探測器將接收到的載波調制X射線信號轉化為電信號輸出至前置放大器，前置放大器對電信號進行放大輸出至解調器， 接收端載波信號發生器將輸出的接收端載波信號輸入至解調器，解調器根據發射裝置調制器的調制方式將輸入的接收端載波信號和放大的電信號進行處理解調出數字信號，數字信號經過接收端通信接口輸送至數字信號接收源。4.根據權利要求3所述的空間X射線通信系統，其特征在于: 所述X射線探測器包括探測器殼體，設置在探測器殼體上的輸入窗(I)以及設置在探測器殼體內的依次排列的光電陰極(2)、微通道板(3)、收集陽極和同軸連接器(5)， 所述光電陰極設置在微通道板的一側，所述同軸連接器設置在收集陽極的輸出端，所述收集陽極的輸入端與微通道板之間設置有空隙。5.根據權利要求4所述的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙寶升，鄢秋榮，盛立志，劉永安，
申請(專利權)人：中國科學院西安光學精密機械研究所，
類型：發明
國別省市：