反射式速調(diào)管工作特性的研究反射式速調(diào)管工作特性的研究

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1、實(shí)驗(yàn)七反射式速調(diào)管工作特性的研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉和掌握微波測(cè)試系統(tǒng)中各種常用設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理及使用方法。2.了解反射式速調(diào)管的工作特性。微波的基礎(chǔ)知識(shí)一、什么是微波微波是一種波長(zhǎng)很短的電磁波，其波長(zhǎng)在0.1毫米到1米之間。通常將微波劃分為分米波、厘米波、毫米波及亞毫米波這四個(gè)波段。亞毫米波乂被稱為超微波。根據(jù)電磁波長(zhǎng)與頻率之間的關(guān)系：/?入二C,微波的頻率在300GHz—300MHz之間，（其中1MHz=106Hz,1GHz=109Hz）-微波的低頻端與普通無(wú)線電波的“超短波”波段相連結(jié)，而其高頻端與紅外線的“遠(yuǎn)紅外”波段毗鄰，因而使微波具有與

2、普通無(wú)線電波及光波都不完全相同的特點(diǎn)，這樣微波的研究方法和應(yīng)用領(lǐng)域以及所用的傳輸系統(tǒng)、元件、器件和測(cè)量裝置都與別的波段不同。二、微波的特點(diǎn)1.頻率高。微波的頻率比普通無(wú)線電波頻率提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，一些在低頻段中并不顯著的效應(yīng)在微波波段就明顯地表現(xiàn)出來(lái)。例如由于電子渡越時(shí)間（一般為IO?秒）與微波振蕩周期相比已不可忽略，因而在微波波段內(nèi)不能使用普通的電子管，必須采用電子流與微波諧振回路相互交換能量的方式。產(chǎn)生微波信號(hào)的方式，不能釆用“低頻”電路屮常用的L-C振蕩回路，而必須由“諧振腔”來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，隨著頻率的增高，趨膚效應(yīng)及傳輸線的輻射效應(yīng)越趨嚴(yán)重

3、，因而沿用普通兩線式傳輸線傳輸微波己不可能，而必須采用待殊的傳輸線一波導(dǎo)管。2.波長(zhǎng)短。微波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于一般宏觀物體的尺寸（如建筑物、船、飛機(jī)、導(dǎo)彈等）。這就使微波在空間的傳播方面具有類似光波的特性一反射。因此就有對(duì)能將微波電磁場(chǎng)的能量集中在一個(gè)很狹窄的波束中，進(jìn)行定向發(fā)射，它能透過(guò)地球上空的電離層向太空傳播。3.微波的參數(shù)和測(cè)量技術(shù)是獨(dú)特的。在低頻電路中的基本參數(shù)是電壓、電流、和頻率，在微波系統(tǒng)中，電流、電壓的概念己失去了確切的含義，而且根本無(wú)法直接測(cè)量,必須從三維空間場(chǎng)的理論著手，用“場(chǎng)”的觀念，求解在一定邊界條件下，一定介質(zhì)填充的系統(tǒng)屮的

4、電磁場(chǎng)方程。因而在微波系統(tǒng)中主要參數(shù)為阻抗、波長(zhǎng)和功率。微波阻抗是通過(guò)測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度的相對(duì)值（即：駐波比）而得到的，波長(zhǎng)的測(cè)量可使用校過(guò)刻度的波長(zhǎng)計(jì)，而功率測(cè)量是將微波所產(chǎn)生的熱效應(yīng)轉(zhuǎn)換成一定的電能后去測(cè)量的。三、微波源用以產(chǎn)生小功率微波振蕩的器件，通常有反射式速調(diào)管和體效應(yīng)管兩種，本實(shí)驗(yàn)所用微波源是以反射式速調(diào)管為振蕩器件，為此對(duì)反射式速調(diào)管做一簡(jiǎn)單介紹。1.反射速調(diào)管是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用價(jià)值較高的微波振蕩器件，它是利用電子與電場(chǎng)相互作用的原理制成的，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。反射速調(diào)管一般由燈絲、陰極、加速極、諧振腔及反射極等幾個(gè)部分組成。陰極經(jīng)燈絲

5、加熱后，發(fā)射熱電子。加速極的作用是使陰極發(fā)射出來(lái)的電子獲得較高、較均勻的速度。諧振腔的作用有兩個(gè)：一是用來(lái)對(duì)被加速后的均勻電子流進(jìn)行“速度調(diào)制”，另一個(gè)功能是接受“群聚”后的電子流所提供的能量，使其建立并維持著周期性的高頻振蕩。反射極上加有一個(gè)對(duì)陰極而言是負(fù)的直流電壓，對(duì)經(jīng)過(guò)速度調(diào)制后的電子流來(lái)講，；%+Vs咯tg2r■DF圖1反射速調(diào)管的結(jié)構(gòu)圖2電子在各電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)它是一個(gè)減速場(chǎng)。2.反射速調(diào)管工作原理反射速調(diào)管工作時(shí)，電陰極發(fā)射出來(lái)的每一個(gè)電子都要越過(guò)幾個(gè)不同的電場(chǎng)，下面研究一下電子在各個(gè)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況。如圖2所示，在K—Gi空間。電場(chǎng)是

6、均勻的，電子將做勻加速運(yùn)動(dòng)，在此空I'可電場(chǎng)對(duì)電子作功為：W=eEd=eU.根據(jù)能量守恒，電子所獲得的動(dòng)能為:-mV^=eUQ???Vm電子在K—Gi空間的平均速度為丄％,因此電子從K運(yùn)動(dòng)到?的時(shí)間為:2d2d由此可見(jiàn)，在忽略了周圍電場(chǎng)對(duì)電子所產(chǎn)生的影響后，每個(gè)電子從陰極Kill發(fā)到達(dá)下柵極G的過(guò)程中，都具有相同的速度，用了相同的時(shí)間。因此可以認(rèn)為，進(jìn)入諧振腔中的是均勻的電子流。經(jīng)過(guò)加速而達(dá)到很高速度的電子?xùn)c，通過(guò)諧振腔的兩柵間時(shí)，由于電子熱騷動(dòng)等原因，諧振腔中存在一個(gè)微弱、雜亂的電磁場(chǎng)，由于諧振腔的諧振作用，其中有某一頻率的交變電場(chǎng)幅度最大。

7、假設(shè)此交變電壓^u=umsina)t,則速度均勻的電子流將在諧振腔內(nèi)被“調(diào)速”O(jiān)圖3電子流在諧振腔內(nèi)的“調(diào)速”如圖3所示，在“時(shí)刻進(jìn)入諧振腔的電子要被加速，其速度要大于原來(lái)的％，在『2時(shí)刻進(jìn)入諧振腔的電子仍按原來(lái)的速度％運(yùn)動(dòng)，而在/3時(shí)刻進(jìn)入諧振腔的電子將被減速,其速度將小于Vo,經(jīng)過(guò)速度調(diào)制后的電子，從諧振腔的上柵極G2出射后，就進(jìn)入了“群聚空間”。在反射極久的作用下，這些“速度調(diào)制”的電子流將被減速，并且穿入群聚空間深度不同，同時(shí)返回柵極的時(shí)間也不相同，即渡越時(shí)間不同。而在h-h時(shí)間內(nèi)發(fā)出的電子可能在折回過(guò)程中聚合成一個(gè)稠密的電子束，并且它

8、正好落在諧振腔內(nèi)。如果電子束的渡越時(shí)間合適，當(dāng)它回到諧振腔時(shí)恰巧落在交變電圧的正電場(chǎng)處，它對(duì)電子是起減速作用，因而電子束速度就被減慢下來(lái)，將能量傳給諧