反射式速调管工作特性的研究 反射式速调管工作特性的研究

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1、实验七反射式速调管工作特性的研究实验目的1．熟悉和掌握微波测试系统中各种常用设备的结构、原理及使用方法。2．了解反射式速调管的工作特性。微波的基础知识一、什么是微波微波是一种波长很短的电磁波，其波长在0.1毫米到１米之间。通常将微波划分为分米波、厘米波、毫米波及亚毫米波这四个波段。亚毫米波又被称为超微波。根据电磁波长与频率之间的关系：，微波的频率在300GHz—300MHz之间，（其中1MHz＝106Hz，1GHz＝109Hz）。微波的低频端与普通无线电波的“超短波”波段相连结，而其高频端与红外线的“远红外”波段毗邻，因而使微波具有与普通无线

2、电波及光波都不完全相同的特点，这样微波的研究方法和应用领域以及所用的传输系统、元件、器件和测量装置都与别的波段不同。二、微波的特点１．频率高。微波的频率比普通无线电波频率提高几个数量级，一些在低频段中并不显著的效应在微波波段就明显地表现出来。例如由于电子渡越时间（一般为10-9秒）与微波振荡周期相比已不可忽略，因而在微波波段内不能使用普通的电子管，必须采用电子流与微波谐振回路相互交换能量的方式。产生微波信号的方式，不能采用“低频”电路中常用的Ｌ－Ｃ振荡回路，而必须由“谐振腔”来实现。另外，随着频率的增高，趋肤效应及传输线的辐射效应越趋严重，因

3、而沿用普通两线式传输线传输微波已不可能，而必须采用特殊的传输线—波导管。２．波长短。微波的波长远小于一般宏观物体的尺寸（如建筑物、船、飞机、导弹等）。这就使微波在空间的传播方面具有类似光波的特性—反射。因此就有可能将微波电磁场的能量集中在一个很狭窄的波束中，进行定向发射，它能透过地球上空的电离层向太空传播。３．微波的参数和测量技术是独特的。在低频电路中的基本参数是电压、电流、和频率，在微波系统中，电流、电压的概念已失去了确切的含义，而且根本无法直接测量，必须从三维空间场的理论着手，用“场”的观念，求解在一定边界条件下，一定介质填充的系统中的电

4、磁场方程。因而在微波系统中主要参数为阻抗、波长和功率。微波阻抗是通过测量电场强度的相对值（即：驻波比）而得到的，波长的测量可使用校过刻度的波长计，而功率测量是将微波所产生的热效应转换成一定的电能后去测量的。三、微波源用以产生小功率微波振荡的器件，通常有反射式速调管和体效应管两种，本实验所用微波源是以反射式速调管为振荡器件，为此对反射式速调管做一简单介绍。751．反射速调管是一种结构简单、实用价值较高的微波振荡器件，它是利用电子与电场相互作用的原理制成的，其结构如图1所示。反射速调管一般由灯丝、阴极、加速极、谐振腔及反射极等几个部分组成。阴极经

5、灯丝加热后，发射热电子。加速极的作用是使阴极发射出来的电子获得较高、较均匀的速度。谐振腔的作用有两个：一是用来对被加速后的均匀电子流进行“速度调制”，另一个功能是接受“群聚”后的电子流所提供的能量，使其建立并维持着周期性的高频振荡。反射极上加有一个对阴极而言是负的直流电压，对经过速度调制后的电子流来讲，它是一个减速场。2．反射速调管工作原理反射速调管工作时，电阴极发射出来的每一个电子都要越过几个不同的电场，下面研究一下电子在各个电场中的运动情况。如图2所示，在K－G1空间。电场是均匀的，电子将做匀加速运动，在此空间电场对电子作功为：(1)根据

6、能量守恒，电子所获得的动能为：(2)(3)电子在K－G1空间的平均速度为，因此电子从K运动到G1的时间为：(4)由此可见，在忽略了周围电场对电子所产生的影响后，每个电子从阴极K75出发到达下栅极G1的过程中，都具有相同的速度，用了相同的时间。因此可以认为，进入谐振腔中的是均匀的电子流。经过加速而达到很高速度的电子束，通过谐振腔的两栅间时，由于电子热骚动等原因，谐振腔中存在一个微弱、杂乱的电磁场，由于谐振腔的谐振作用，其中有某一频率的交变电场幅度最大。假设此交变电压为u=umsinwt，则速度均匀的电子流将在谐振腔内被“调速”。如图3所示，在t

7、1时刻进入谐振腔的电子要被加速，其速度要大于原来的V0，在t2时刻进入谐振腔的电子仍按原来的速度V0运动，而在t3时刻进入谐振腔的电子将被减速，其速度将小于V0，经过速度调制后的电子，从谐振腔的上栅极G2出射后，就进入了“群聚空间”。在反射极UR的作用下，这些“速度调制”的电子流将被减速，并且穿入群聚空间深度不同，同时返回栅极的时间也不相同，即渡越时间不同。而在t1－t3时间内发出的电子可能在折回过程中聚合成一个稠密的电子束，并且它正好落在谐振腔内。如果电子束的渡越时间合适，当它回到谐振腔时恰巧落在交变电压的正电场处，它对电子是起减速作用，因

8、而电子束速度就被减慢下来，将能量传给谐振腔，如果腔的固有频率和交变电压频率一致，就会产生谐振，于是这个由电流脉冲激起的振荡得以维持下去，便可成为一定的微波功率输出。