贺亚强，郭 宁，谷增杰，李兴达，祁康成

（1.兰州空间技术物理研究所 真空技术与物理重点实验室，兰州 730000；2.电子科技大学光电科学与工程学院，成都 610054）

0 引言

利用微小功率电推进逐步替代化学推进，完成轨道机动和维持任务是目前国际上保障低轨小卫星轨道寿命的主流技术方向[1]。空心阴极必须消耗推进剂且发射电流太大，不适合作为微小功率电推力器的中和器[2-3]，因而栅控热阴极中和器成为优选[1]。美国Tajmar等[4]将热阴极中和器应用于场发射微电推进，所使用的热阴极中和器可引出100µA电子电流，验证了栅控热阴极作为微电推进中和器的可行性[5]。但他们只针对一种结构参数和工况参数下的热阴极中和器进行了性能试验研究，没有给出热阴极中和器在微电推进方向应用的优化设计和理论指导。

理想的热阴极中和器应该能在最低的功耗下引出最大的电流，可以瞬间启动发射电流，并连续可调。本文利用Opera软件针对阴极-栅极间距、栅极电压、栅极孔半径和栅极厚度对栅控热阴极中和器电子发射特性的影响进行数值分析研究，并通过试验对数值分析结果进行验证，对仿真结果与试验结果的一致性进行分析。

1 栅控热阴极中和器模型

栅控热阴极中和器的结构示意图和Opera建模过程详见文献[1]。本文将栅控热阴极中和器的结构进行简化并且参照试验模型对仿真模型进行优化设计，得到如图1所示的仿真模型[6-10]。阴极为圆柱体，仿真过程中通过改变阴极-阳极间距L、阴极-栅极间距D、栅极电压Ug、阳极电压Ua、栅极孔半径r和栅极厚度d，计算阳极电流Ia、栅极截获电流Ib和电子束轨迹的变化情况。……