微波电真空器件.pdf

19、微波电真空器件微波电真空器件主要应用于高功率、高增益的电路中 类型：0型管：电子运动轨迹是直线型线性微波管、速调管、行波管M型管：电子运动轨迹不是直线 正交场微波管、磁控管 一、微波电子管 1、真空二极管一般真空电子管至少有两个电极-阴极和阳极。阴 极是用来产生电子的，大多数情况下采用把阴极加热的 方法来使其发射电子；阳极是用来接收电子的，通常加 一定的正压。如果管内仅有一个阴极和一个阳极,这就 是二极管。I 19.微波电真空器件阳极阴极阳极图81二极管的结构和符号19、微波电真空器件在二极管中，阴极经过灯丝加热后，向空间发射电 子。当阳极加正电压时，电子在电场为作用下向阳极运动/济 打上阳极，这样就产生阳极电流 若改变阳极电压，则阳极电流也随之变化。在空间电荷限制下，二极管的阳 极电流和电压之间的关系为：。尸这就是二极管的3/2次方定律。式中，P称为导流系数，与 阴极的材料和几何形状有关。2、真空三极管如果在二极管的两个电极之间加进第三个电极,便构 成了三极管。第三个电极，通常制成栅栏状，因此叫栅极 或控制栅极，它可以通过电子。19、微波电真空器件阴极图8-3三极管的结构及符号19、微波电真空器件栅极电压为阳极电压为阳极电压在栅阴 之间产生的电场，可以用一个加到栅极上的正电压。等效。D称为三极管的阳极渗透系数。根据3/2次方定 出阳极电流为：Ia=P(Ug+DUa)3、电子流与电场能量交换电子在加速电场中运动，获得能量：1 2 1 2AW=mVj2 mV电子在减速场中运动，把动能转换成电能:19、微波电真空器件1 1A W in Vq2 rnV其中，W为飞出间隙速度；Vo为进入间隙速度。通过与电子交换能量而放大交变信号的电子器件，有三个基本过程：电子被直流电场加速，获得必须的动能；运动的电子必须被所要求放大的信号控制，最后形成随 信号频率变化的不均匀的电子流；大多数的电子（密度大的电子）在高频减速场内运动，将能量交给高频场。19、微波电真空器件二、速调管放大器图7-2T 双腔建训管表大器结构示怠图I 19微波电真空器件mX7国7-2T 双胞速调管理论分析示奇国19、微波电真空器件 1、组成电子枪：加热阴极，产生电子；输入腔：微波信号通过耦合进入输入腔，在高频缝隙激励起高频电流，对电子进行速度调制；漂移空间：形成群聚电子流；输出腔：密度不均匀的电子与高频场在间隙内进行能量 交换，放大后的微波信号输出；收集极：收集能量交换后的电子，构成直流通路。2、放大原理电子从直流电场获得能量：电子从电子腔发出后,首先进入由电子枪耳口输入谐振 腔缝隙组成的空间。在这空间,有直流电压 所产生的直 流电场，它对电子进行加速。则电子到达栅网A时的速度为：19、微波电真空器件I_ _ v0=0.583x1()6 向(加6)速度调制：电子进入输入谐振腔缝隙，受微波信号调制，离开第 一缝隙时的速度：1V()=(l+-sm 班)其中，5=力，Uo为直流电压，U1为微波信号幅度。无场空间漂移中的密度调制：电子离开输入腔，在无场空间漂移，由于速度不同，会产生群聚现象，这说明电子流已由速度调制产生了密度 调制。能量交换群聚电子流使不同时刻通过输入腔缝隙的电子，可以图”2-5电子在滞移玄同运幼的空间时间图19、微波电真空器件在同一时刻到达输出腔缝隙。通过输出腔缝隙，产生感应 电流3与群聚电子流波形相同，基波分量振幅值等于 群聚电子流基波幅值。感应电压正半周对电子流而言是减 速场，电子减速把能量转换成感应场，实现了对高频信号 的放大。3、特点效率低，约为15%25%增益低，小于15dB频带窄，Q值高，噪声大，不宜作小信号放大.4、多腔速调管放大器增加辅助腔，加强速度调制，增强基波分量电流，提高增益和效率。19、微波电真空器件 5、速调管技术参数举例为了较具体地了解速调管放大器地工作性能，下面列 出了某卫星地面站发射机末极功放LD4132五腔速调管地技 术参数：频率范围：5929-6425MHz输出功率：2.2KW 输入功率：400mW灯丝：5V/7.2A 增益：37.4dB效率：41.3%加速度：7.5KV/25mA驻波比：L15 电流：650mA19、微波电真空器件三、行波管放大器电子枪 秉偻就包 慢波境19、微波电真空器件 1、组成电子枪（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 2、工作原理慢波系统中的高频电磁场是一个行波场,电子流在慢 波系统运动过程中受到高频电磁场作用，发生群聚，即变 成密度受到调制的电子流。群聚的电子流与行波场有一相 对运动）发生电子流与行波场的净能量交换。电子流把从 直流获得的能量转换给高频场，则信号得到放大。随电子 流和行波场的不断前进,行波场幅度不断增大,增长的行 波场又进一步使电子群聚，从而有利于能量交换，整个过 程使高频场得到放大。19、微波电真空器件1.3、行波管放大器的主要特性同步特性：加速极电压为则能够获得最大输出功率 的加速极电压称为同步电压。功率增益：指输出功率与输入功率之比效率:7,=1-()2%匕 分别为电子受直流偏压加速后的速度和行波的相速度工作频带：行波管是宽带器件，行波相速与频率无关；增 益随频率变化很小稳定性：不产生自激，自激由输入输出端不匹配引起噪声系数：电子发射不均匀产生散弹噪声电子打在其它电极上产生的电流分配噪声19、微波电真空器件.4、行波管技术参数举例为了较具体地了解行波管放大器地工作性能，下面列出了某卫星地面站发射机末极功放VJJ-2609-A4行波管放大 器的技术参数：频率范围：5.925-6.425GHz输入功率：1mW 输出功率：30W增益：45.8dB 阳极电压：2.87KV/8mA螺旋线电压：3.28KV/0.3mA聚焦极电压：-50V19、微波电真空器件;四、多腔磁控管振荡器多腔磁控管振荡器是一种正交场器件，直流磁场是与 直流电场彼此垂直的，并在与高频场相互作用过程中起着 直接的作用。电子通过损失位能使高频电场放大或产生振 荡。由于正交场器件中不存在能量交换和保持同步条件之 间的矛盾，故可获得高功率和高效率。多腔磁控管振荡器的特点是结构简单，输出功率大，频率高，工作电压低，体积小，效率高。其结构如下图所示：19、微波电真空器件3r-M 5腔碰控管夕:,步法图7-4-2 腔窟稷管腔体剖囱圉,19、微波电真空器件的7T 12多腔磁挖管中电子与商颇电场的能量交操19、微波电真空器件 1、组成磁控管由三个基本部分组成，即阴极、阳极和输出装 置。其中阳极接地，阴极加负高压，阴、阳极之间形成径 向直流电场。2、电子在直流电磁场中的运动磁控管通常夹在磁铁两极之间，形成与直流电场正交 的轴向磁场，电子从阴极发出，在正交直流电磁场作用下，在垂直于轴的平面内运动,横截平面的电子运动路径为一 条抛物线。电子在恒定电磁场中运动，当E一定时，改变磁通密度 B的大小，电子运动轨迹有四种：直线轨迹圆，半径较 大电子擦过阳极表面到达阴极电子没有到达阳极。19、微波电真空器件 3、多腔磁控管振荡器的谐振频率和振荡模式谐振的必要条件是沿整个阳极圆周上发生的高频相位 变化为2兀的整数倍。设相邻谐振腔中高频振荡相位差为则谐振的必要条件为：几6=2万N式中，N为磁腔管谐振腔数目，n为正整数不同的n对反Yl yi不同的振荡模式，每一种模式具有相应的 振荡频率和 4、工作原理多腔磁控管的高频振荡激发过程起源于电子反射的不 均匀，由于这种不均匀性在谐振系统中感应噪声电流，从 而在作用空间激起微弱的各种模式的高频振荡。如果恰当 选择阳极电压和磁通密度，使电子与兀模式高频电场同步 19、微波电真空器件于是会产生能量交换，则兀模式振荡有可能建立起来。同步：高频电场与电子以同一角速度环绕阳、阴极空间旋转 同步电压：阳极上电压Ua到达某一个值，使电子与行波同步 时的直流电压Uo。门限电压：开始出现自激振荡的阳极电压。5、磁控管工作特性和负载特性工作特性：指阳极电压Ua与阳极电流la坐标系统中的等 磁场线、等功率线、等效率线和等频率线四 组特性曲线。负载特性：改变负载，直接测量输出功率和振荡频率之 间的关系曲线，构成磁控管的负载特性曲线。通常将这种变化关系反映在传输线的复数导 纳圆图上。19、微波电真空器件7-4-24底控管的等效率或19、微波电真空器件用7-4-圻 3般来波段脓冲磁段啰的负我特牲（九二 9375在林，3二5500高斯.A-1019、微波电真空器件 6、多腔磁控管技术参数举例为了较具体地了解多腔磁控管放大器地工作性能，下 面列出几种多腔磁控管振荡器的技术参数:2M68:频率范围 2450 30 口 Hz阳极6.5KV/1.2A3J31:频率范围 23742 24176MHz阳极29.5kV/14AWL-6285:频率范围 1310MHz阳极 100kV/150A功率5.5KW 高斯脉冲1450 功率45kW 高斯脉冲19000 功率 10000kW 高斯脉冲20000