微波反射式速調(diào)管的工作狀態(tài)和工作特性new

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1、云南大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告云南大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：近代物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：微波反射式速調(diào)管的工作狀態(tài)和工作特性學(xué)生姓名：　朱江醒學(xué)號(hào)：20051050148物理科學(xué)技術(shù)學(xué)院物理系2005級數(shù)理基礎(chǔ)科學(xué)專業(yè)成績指導(dǎo)教師：何俊實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2007年10月13日8時(shí)30分至12時(shí)30分實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：四合院實(shí)驗(yàn)類型：教學(xué)(演示□驗(yàn)證□綜合□設(shè)計(jì)□)學(xué)生科研□課外開放□測試□其它□6云南大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解微波簡單的一些基本知識(shí)；2.了解微波基本技術(shù)和實(shí)用測量方法；3.以微波測試手段來觀測物理現(xiàn)象。二、實(shí)驗(yàn)原理：1、反射系數(shù)：定義波導(dǎo)中某截面處的電

2、場反入射波之比為反射關(guān)系,即Γ=則有（1）其中，是終端反射系數(shù)，表示在終端反射波與λ射波的相差。2、駐波比ρ：定義波導(dǎo)中駐波電場最大值與駐波電場最小值之比為駐波比，即1)當(dāng)微波功率全部為終端負(fù)載所吸收時(shí)（這種“匹配”負(fù)載）波導(dǎo)中不存在反射波，＝0，傳的是行波，這種狀態(tài)稱為匹配狀態(tài)。2）當(dāng)波導(dǎo)終端是理想導(dǎo)板時(shí)（微波技術(shù)中叫“終端短路”），形成全反射在終點(diǎn)站端處。亦即，（終端處電場反射波與入射波的相位差為π，卻相位相反），此時(shí)，波導(dǎo)中形成純駐波。在駐波波節(jié)處，，駐波波腹處，這種狀態(tài)稱為駐波狀態(tài)。3）在一般情況下，波導(dǎo)中傳播的不是單純的行波時(shí)或駐波。﹤1，ρ﹤1，這各狀態(tài)稱為混波狀態(tài)。3、

3、波導(dǎo)元件1）全匹配負(fù)載（也稱吸收器）：是用以全部吸收波導(dǎo)傳輸來的微波功率，是無反射的終端裝置。2）可變衰減器：把一片吸收介質(zhì)片垂直于寬邊縱向插進(jìn)波導(dǎo)管即成，用以部分地衰減傳輸功率，移動(dòng)吸收片可以改變衰減量的大小。3）短路活塞：裝在波導(dǎo)終端，通常應(yīng)用在激勵(lì)器和探測器內(nèi)實(shí)現(xiàn)微波的匹配。4）晶體檢波器：檢測微波功率的元件，應(yīng)用一個(gè)靈敏的晶體二極管，根據(jù)整流后測出的電流值來簡單估計(jì)微波的功率。5）諧振腔波長計(jì)：6云南大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告利用諧振腔作為諧振系統(tǒng)，用機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)諧，當(dāng)諧振時(shí)，機(jī)械結(jié)構(gòu)指示的尺寸決定了被測的頻率。波長計(jì)與被測微波系統(tǒng)相連接的方法分通過型和吸收型兩種?，F(xiàn)介紹吸收

4、式波長計(jì)的工作原理。將波長計(jì)與微波能量傳輸波導(dǎo)相耦合，調(diào)諧時(shí)，能量傳輸線上檢測器所量出的微波功率突然變小。6）微波振蕩器：微波信號(hào)源要求工作頻率和輸出功率可調(diào)而且穩(wěn)定。圖1反射式速調(diào)管內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)軌跡圖1)工作原理從陰極飛出的電子被諧振腔的正電壓所加速，這時(shí)直流電源的能量變成真空中運(yùn)動(dòng)電子的動(dòng)能。電子在加速電場的作用下飛入諧振腔，在腔中激起感應(yīng)電流脈沖，使諧振腔中發(fā)生了振蕩，因而在兩個(gè)柵網(wǎng)間產(chǎn)生一個(gè)微弱的微波電場。在其作用下，穿過柵網(wǎng)的電子速度要收到調(diào)制，電子在一個(gè)振蕩周期的不同時(shí)刻穿過柵網(wǎng)后的速度是不同的。在反射空間里面速度大的電子需要較長時(shí)間飛越較長的距離才返回柵網(wǎng)；速度小的電子

5、返回到柵網(wǎng)所需要的時(shí)間較少，飛越距離短。在不同時(shí)間內(nèi)飛過柵網(wǎng)的電子運(yùn)動(dòng)的空間、時(shí)間如圖1：電子1通過柵網(wǎng)時(shí)，微波電場＝0，速度不變，進(jìn)入反射平面（假想的）后反轉(zhuǎn)。電子2通過柵網(wǎng)時(shí)，微波電場＝εmax，受到加速，越過反射平面后反轉(zhuǎn)。電子3通過柵網(wǎng)時(shí)速度不變，進(jìn)入反射空間到達(dá)反射平面后反轉(zhuǎn)。電子4通過柵網(wǎng)時(shí)（微波電場＝－εmax），受到減速，未到達(dá)反射平面就反轉(zhuǎn)。電子3稱為群聚中心，它的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖1中的粗線所示。在反射空間距離S0（反射極與柵網(wǎng)間的距離），諧振腔電壓V0和反射極電壓VR選擇合適的情況下，當(dāng)群聚中心電子的渡越時(shí)間τ0等于微波振蕩周期的3/4時(shí)，即：τ0=(n+3/4)T?

6、??n=1，2，3?????????????????????????????????????（2）電子流給出的功率最大，這一條件相當(dāng)于振蕩的相位條件。顯然渡越時(shí)間τ0滿足下列關(guān)系式：??????????????????????????????????????????????（3）式中e為電子的電量，m為電子的質(zhì)量。6云南大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告利用式（2）、（3），并注意到T＝1/?（?為微波頻率），我們有：????????????????????????????????????????（4）（4）式表明：只有V0和

7、VR

8、為某些值時(shí)才能產(chǎn)生振蕩。由（2）式可以看出微波振蕩周期與

9、電子渡越時(shí)間可以比擬甚至還要小。反射式速調(diào)管之所以能產(chǎn)生振蕩，正是巧妙地利用了這一特點(diǎn)。滿足了相位條件，只是說明振蕩有可能產(chǎn)生。要使振蕩發(fā)生，還需要第二個(gè)條件，要求直流電子流大于某一最小電流（起始電流），即：　　　　　　　i>i0?????????????????????????????????????????????????????????（5）這一條件相當(dāng)于振蕩的幅值條件。起始電流i0與電路及外負(fù)載有關(guān)，并與（n+3/4）成比例。式（2）和（5）就是振