空间X射线通信作为“下一代新的空间通信方法”,得益于方向性好、发射功率低、传输距离远、保密性强、不受空间环境电磁干扰、通信频带宽,有着广泛的应用前景,可大大改善空间通信频率资源越来越紧张的现状。调制X射线源作为空间X射线通信中的关键部件,它的调制速率、焦斑尺寸将直接影响X射线的通信速率、通信距离,故研制低功耗、小体积、小焦斑、高调制速率的调制X射线源对验证X射线通信技术及最终实现空间通信起着至关重要的作用。本论文的主要研究内容就是开展对真空密封的透射式微型微束调制X射线源的理论分析、物理建模、仿真优化、方案设计、关键技术攻关、特殊工艺探索,并完成系统的样机研制及性能测试。具体研究内容及主要成果如下:采用SIMION软件不断优化完善栅极结构,仿真实现了栅极-0.6V~+0.6V的低电压调制,调制电压幅值减小了近一个数量级,易于实现X射线的高频调制,从而提高X射线的通信速率;对三个静电聚焦电极进行电子运动学的仿真优化,得到了150μm的焦斑尺寸,打破了热阴极难于聚焦成微米焦斑的技术瓶颈,为空间X射线的远距离通信奠定基础;利用MCNP软件的仿真优化,得到透射式阳极靶在不同阳极靶材、不同电子能量下的最佳靶厚,改善了反射式阳极靶出射X射线强度小的问题,有助于提高X射线的调制频率;为改变常规的化学镀膜工艺或真空镀膜工艺效果不理想,镀层质量差的现状,探索了Be窗清洗、置换锌层工艺和高真空离子溅射工艺;借鉴真空灭弧室的封口和排气同时进行的一次封排工艺,实现了对调制X射线源的全真空密封,管内真空度高于10-3Pa,解决了半真空X射线管工作时需放入真空腔的问题;完成了原理样机的研制,验证了调制X射线源的栅极幅值调制和脉冲调制。相较之前的调制X射线源,本文的创新性成果主要体现在以下四方面:攻关了调制X射线源的栅极-0.6V~+0.6V的低电压调制技术,并通过了实验验证,使得X射线的高频调制成为可能;采用三个静电聚焦电极提高对电子束聚焦能力,仿真实现了150μm的微焦斑尺寸;实现了调制X射线源中多个部件及整管的高真空密封,且真空密封性良好,现已保持管内真空度高于10-3Pa两年以上;首次发现了MHz级栅极脉冲频率对X射线强度的显著影响。所研制的调制X射线源由热阴极电子发射系统、栅极调制、静电聚焦和透射式阳极靶四部分组成,它集成了电子束聚焦和栅极调制功能,通过仿真得到了150μm的微焦斑尺寸,实现了栅极-0.6V~+0.6V的低电压调制,是目前国际上最新的基于热阴极的全真空密封的调制X射线源,为我国验证远距离、高速的空间X射线通信提供技术支持。