微波反射式速调管的工作状态和工作特性

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1、云南大学物理实验教学中心实验报告云南大学物理实验教学中心实验报告课程名称：近代物理实验实验项目：微波反射式速调管的工作状态和工作特性学生姓名：　朱江醒学号：20051050148物理科学技术学院物理系2005级数理基础科学专业成绩指导教师：何俊实验时间：2007年10月13日8时30分至12时30分实验地点：四合院实验类型：教学(演示□验证□综合□设计□)学生科研□课外开放□测试□其它□6云南大学物理实验教学中心实验报告一、实验目的：1.了解微波简单的一些基本知识；2.了解微波基本技术和实用测量方法；3.以微波测试手段来观测物理现象。二、实验原

2、理：1、反射系数：定义波导中某截面处的电场反入射波之比为反射关系,即Γ=则有（1）其中，是终端反射系数，表示在终端反射波与λ射波的相差。2、驻波比ρ：定义波导中驻波电场最大值与驻波电场最小值之比为驻波比，即1)当微波功率全部为终端负载所吸收时（这种“匹配”负载）波导中不存在反射波，＝0，传的是行波，这种状态称为匹配状态。2）当波导终端是理想导板时（微波技术中叫“终端短路”），形成全反射在终点站端处。亦即，（终端处电场反射波与入射波的相位差为π，却相位相反），此时，波导中形成纯驻波。在驻波波节处，，驻波波腹处，这种状态称为驻波状态。3）在一般情况

3、下，波导中传播的不是单纯的行波时或驻波。﹤1，ρ﹤1，这各状态称为混波状态。3、波导元件1）全匹配负载（也称吸收器）：是用以全部吸收波导传输来的微波功率，是无反射的终端装置。2）可变衰减器：把一片吸收介质片垂直于宽边纵向插进波导管即成，用以部分地衰减传输功率，移动吸收片可以改变衰减量的大小。3）短路活塞：装在波导终端，通常应用在激励器和探测器内实现微波的匹配。4）晶体检波器：检测微波功率的元件，应用一个灵敏的晶体二极管，根据整流后测出的电流值来简单估计微波的功率。5）谐振腔波长计：6云南大学物理实验教学中心实验报告利用谐振腔作为谐振系统，用机械

4、结构调谐，当谐振时，机械结构指示的尺寸决定了被测的频率。波长计与被测微波系统相连接的方法分通过型和吸收型两种。现介绍吸收式波长计的工作原理。将波长计与微波能量传输波导相耦合，调谐时，能量传输线上检测器所量出的微波功率突然变小。6）微波振荡器：微波信号源要求工作频率和输出功率可调而且稳定。图1反射式速调管内电子的运动轨迹图1)工作原理从阴极飞出的电子被谐振腔的正电压所加速，这时直流电源的能量变成真空中运动电子的动能。电子在加速电场的作用下飞入谐振腔，在腔中激起感应电流脉冲，使谐振腔中发生了振荡，因而在两个栅网间产生一个微弱的微波电场。在其作用下，

5、穿过栅网的电子速度要收到调制，电子在一个振荡周期的不同时刻穿过栅网后的速度是不同的。在反射空间里面速度大的电子需要较长时间飞越较长的距离才返回栅网；速度小的电子返回到栅网所需要的时间较少，飞越距离短。在不同时间内飞过栅网的电子运动的空间、时间如图1：电子1通过栅网时，微波电场＝0，速度不变，进入反射平面（假想的）后反转。电子2通过栅网时，微波电场＝εmax，受到加速，越过反射平面后反转。电子3通过栅网时速度不变，进入反射空间到达反射平面后反转。电子4通过栅网时（微波电场＝－εmax），受到减速，未到达反射平面就反转。电子3称为群聚中心，它的运动

6、轨迹如图1中的粗线所示。在反射空间距离S0（反射极与栅网间的距离），谐振腔电压V0和反射极电压VR选择合适的情况下，当群聚中心电子的渡越时间τ0等于微波振荡周期的3/4时，即：τ0=(n+3/4)T   n=1，2，3                                     （2）电子流给出的功率最大，这一条件相当于振荡的相位条件。显然渡越时间τ0满足下列关系式：                                              （3）式中e为电子的电量，m为电子的质量。6云南大学物理实验教学中心实验报告

7、利用式（2）、（3），并注意到T＝1/ƒ（ƒ为微波频率），我们有：                                        （4）（4）式表明：只有V0和

8、VR

9、为某些值时才能产生振荡。由（2）式可以看出微波振荡周期与电子渡越时间可以比拟甚至还要小。反射式速调管之所以能产生振荡，正是巧妙地利用了这一特点。满足了相位条件，只是说明振荡有可能产生。要使振荡发生，还需要第二个条件，要求直流电子流大于某一最小电流（起始电流），即：　　　　　　　i>i0                                        

10、                 （5）这一条件相当于振荡的幅值条件。起始电流i0与电路及外负载有关，并与（n+3/4）成比例。式（2）和（5）就是振