11速调管工作特性及波导管工作状态

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1、反射式速调管的工作特性和波导管的工作状态反射式速调管是一种微波电子管，一般用作实验室的小功率微波振荡器，或者用作微波接收机的本机振荡器。反射式速调管是实验室使用的微波信号源的核心部分。熟悉速调管的原理、结构、工作特性和使用方法，是正确使用微波信号源的基础。微波的振荡周期与电子的渡越时间可以比拟，甚至还要小，使得普通电子管在微波波段不能使用；而反射式速调管正是利用微波这一特点而设计成的微波振荡管。测量速调管中电子的渡越时间，可以加深对速调管工作原理的理解。微波在波导管中的传播情况，可以归结为三种状态：匹配状态、驻波状态和混波状态。观测这三种状态，有助

2、于熟悉匹配、反射和驻波等概念。波导中波传播的相速度大于光速C。通过测量波导波长和频率的方法来决定相速度、群速度和光速，不仅提供一种测量光速的简便方法（有四位有效数字），而且可以进一步明晰微波在波导管中传播的物理图像。本实验的目的要求是:1.熟悉反射式速调管的结构、特性和使用方法及波导管的三种工作状态，并掌握微波的三种基本测量；2.测量反射式速调管中电子渡越时间及波导管中波传播的相速度、群速度和光速。一、原理㈠速调管的工作特性l．速调管的结构、特性和使用方法反射式速调管主要由阴极、谐振腔和反射极三部分组成（原理结构图参看图0－15和图0－16）。从阴

3、极飞出的电子被谐振腔上的正电压加速，穿过栅网。在反射极反向电压的作用下，运动电子返回栅网。当满足一定条件时，在谐振腔中产生微波振荡，微波能量由同轴探针输出。图0—15图0—16反射式速调管的结构原理图反射式速调管K-27的结构图反射式速调管K-27常用于380Cm波段，图中给出了其结构图。图中调谐螺钉的作用是通过改变谐振腔两个栅网的距离来改变调谐频率。图0—17反射式速调管K-27的特性曲线图0—18电子调谐范围（阳极电压V0=300V,波长λ=3.2Cm）反射式速调管的特性曲线（在一定的阳极电压情况下，输出功率P以及振荡频率f与反射极电压VR的关

4、系曲线）如图0－17所示，由图可以看出下列特性：具有分立的振荡模；改变反射极电压会引起微波功率和频率的变化；存在最佳振荡模；各个振荡模的中心频率相同等等。可归纳为：（l）反射式速调管并不是在任意的反射极电压数值都能发生振荡，只有在某些特定值才能振荡。每一个有振荡输出功率的区域，叫做速调管的振荡模，n表示振荡模的序号。（2）对于每一个振荡模，当反射极电压VR变化时，速调管的输出功率P和振荡频率f都随之变化。在振荡换中心的反射极电压上，输出功率最大，而且输出功率和振荡频率随反射极电压的变化也比较缓慢。（3）输出功率最大的振荡模，叫做最佳振荡模（图0－1

5、7中n＝3的振荡模）。为了使速调管具有最大的输出功率和稳定的工作频率，通常使速调管工作在最佳振荡模的中心反射极电压上。（4）各个振荡模的中心频率相同，（为什么？想想振荡模的中心频率决定于什么？）通常称为速调管的工作频率。调整反射式速调管的振荡频率有两种方法：“电子调谐”和“机械调谐”。用改变反射级电压来实现振荡频率变化的方法，称为“电子调谐”（可使频率小范围内变化，一般Δf≤0.005f0）。一个振荡模的半功率点所对应的频率宽度，称为该振荡模的“电子调谐范围”（图0—18中的），半功率点所对应的频率宽度的比值称为“平均电子调谐率”。要使速调管的频率

6、有较大的变化，可以通过慢慢转动调谐螺钉（图0—16）改变谐振腔的大小来实现，这种方法称为“机械调谐”。反射式速调管的工作状态一般有三种：80（ⅰ）连续振荡状态：就是我们在上面讨论过的工作状态，亦即在反射板上不加任何调制电压，调节反射极电压使反射式速调管处在最佳工作状态（在最佳振荡模的最大输出功率处，具有较好的功率和频率稳定性）。（ⅱ）方波（或矩形脉冲）调幅状态：图0－19表示反射式速调管在方波调幅时的特性。为了获得纯粹的调幅振荡，避免引起附加的调频，调制电压必须为严格的方波，而且要选择合适的反射极电压（直流工作点），使调制波形的一个半周处在两个振荡

7、模的不振荡区域内，而另一个半周处在振荡模的功率最大点。在实验中是这样做的：先使速调管处在连续振荡的最佳位置，当从连续状态变到调幅状态时，调节方波的幅度使得输出功率为连续状态的一半，此时的调制幅度为合适。图0—19反射式速调管在方波调幅时的特性图0—20反射式速调管在锯齿调频时的特性当速调管处在调幅工作状态时，在微波测量线路中配合使用测量放大器，可以提高测量灵敏度。（ⅲ）锯齿波（或正弦波）调频状态：图0－20表示反射式调速管在锯齿波调频时的特性。速调管反射极电压的直流工作点选择在某一振荡模的功率最大点，亦即选在频率变化曲线的当中，当锯齿波的幅度比振荡

8、模的宽度小得多时，可以得到近似直线性的调频信号输出，而附加的调幅很小。当速调管处在调频工作状态时，可用示波器观测微波系统的