微波电路、微波技术及天线 教学课件 ppt 作者 范寿康 第10章

,第10章 微波电真空器件,10.1 速调管放大器,10.1.1双腔速调管放大器,10.1.2多腔速调管放大器,10.1.3速调管放大器工作特性,10.2 行波管放大器,10.2.1行波管放大器的结构,10.2.2行波管放大器的工 作原理,10.2.3行波管放大器的主要 特性,微波器件分为两大类 1.微波半导体器件 优点：体积小，重量轻，制造工艺简单，成本低，利于整机小型化。 缺点：工作频率不易提高，输出功率不大，稳定性差。 2.微波电真空器件 优点：工作频率高，输出功率大，效率和增益高，频带宽等。 缺点：体积大，笨重，制造工艺复杂，成本高，不利于整机小型化。,微波电真空器件的分类： 1.静态控制电真空器件 2.动态控制电真空器件： 线性注微波管（速调管，行波管） 正交场微波管（磁控管等）,本章提要,10.1速调管放大器,10.1.1双腔速调管放大器,双腔速调管放大器原理图（如图10-1） 双腔速调管放大器原理 （）电子从直流电场获得能量 （）速度调制 （）密度调制（如图10-2） （）能量交换（如图10-5）,图10-1双腔速调管放大器的原理图,图10-2电子在漂移空间运动的空间时间图,图10-5群居电子流在输出腔内产生的感应电流和电压,10.1.2多腔速调管放大器,1.三腔速调管放大器,图10-6表示三腔速调管的结构图。其工作原理可以简述如下：均匀电子流通过输入腔隙缝时，受到输入腔高频电压的速度调制，经过第一个漂移空间后，形成初步群聚的电子流。这个电子流进入辅助腔的隙缝，便在辅助腔中激励起感应电流 ，并且在隙缝上建立起高频电压 。这个电压远大于输入腔的信号电压，只要相位关系恰当，这个电压对电子流进行进一步的速度调制，就能使电子流在通过第二漂移空间后群聚更加完善。 电子流群聚得更好的事实，可用图10-7来说明。均匀的电子流通过输入腔隙缝后，在交变电压由负最大值上升到正最大值的半周内到达的电子，即电子1和3之间的电子，将以电子2为中心群聚起来，另半周内电子不参加群聚。当这个电子流通过辅助腔隙缝时，则在辅助腔内产生的感应电流的基波iH1和群聚电子流基波具有相同的相位，如果辅助腔调谐于输入信号频率，则辅助腔的等效阻抗为纯阻，感应电流与所建立的减速场电压正好同相；如果辅助腔调谐到高于输入信号频率一边，即辅助腔呈感性失谐，隙缝上建立的电压u2将超前 一定的相位，如图10-7所示。,图10-6三腔速调管结构示意图,图10-7三腔速调管电子群聚的原理图,2.多腔速调管参差调谐一例,图10-8多腔速调管参差调谐一例,图10-8就是对某五腔速调管采用的参差调谐以满足增益及带宽的要求的一个例子。在图中，第一腔（输入腔）调谐到输入微波信号的中心频率 ，第二腔（辅助腔1）一般调整到容性失谐，第三腔（辅助腔2）调整到感性失谐，第四腔（辅助腔3）再进一步调整到感性失谐，第五腔（输出腔）调谐到fo，如此调谐，并经过调整，能满足增益及带宽的要求。,10.1.3速调管放大器工作特性,（1）转移特性（如图10-10） （2）频率特性和工作频带（如图10-11，10-12）,图10-10多腔速调管的功率放大特性,图10-11 幅频特性,图10-12相频特性,10.2 行波管放大器,10.2.1行波管放大器的结构,行波管放大器的慢波系统（如图10-14）。,速调管放大器的主要缺点是频带窄，噪声大。这是因为速调管采用高Q谐振腔，其原理是利用电子流通过谐振腔和驻波场交换能量。而行波管取消了谐振腔，利用电子流和行波电场同时行进，在较长距离上保持一定的相位关系，完成能量交换，因而可以得到很宽的频带。 行波管结构示意图如图10-13所示。其主要部分有电子枪（包括阴极、加速极），高频结构（包括慢波系统和高频输入、输出装置），收集极和聚焦磁场。,图10-14螺旋线中相速和光速的关系,图10-13行波管结构示意图,电子流的群聚情况（如图10-16） （） 时行波管的电子群聚（如图10-17） （） 时行波管的电子群聚（如图10-18） 同步条件，约大于。 （） 时行波管不能实现放大微波能量，但 能实现电子加速。,10.2.2行波管放大器的工作原理,图10-16轴向电场分布图,图10-17 时行波管中的电子群聚,图10-18 时行波管中的电子群聚,1.同步特性（如图10-20） 2.功率增益和转移特性（如图10-20） 3.行波管放大器的频率特性（如图10-22）,10.2.3行波管放大器的主要特性,图10-20行波管的增益特性和输出输入特性曲线,图10-22行波管中电子平均速度的变化,