低能驻波加速器微波系统的设计1--改动.doc

低能驻波加速器微波系统的设计
磁控管稳定工作的条件
磁控管是一种自激励振荡器，其振荡功率和频率受到具有电抗性（不是一个纯阻抗）的负载影响，即功率和频率是由磁控管和负载（加速管）共同确定的，即磁控管存在一个频率牵引问题。为减少负载对磁控管工作状态的影响，在微波馈入到加速管的中间，应有一个起到对微波具有反向隔离作用的环行隔离器，也就是说这个隔离器只许可正向的微波通过，不许可反向的微波通过。定性的说这个隔离器的隔离度越大，加速管对磁控管的影响越小。用一个电参数来讨论，也就是说无论加速管工作在什么条件反向到磁控管输出口的电压为零，就是驻波比VSWR（S）=1。频率就是由磁控管的几何结构和自身的电参数来决定，这是一个非常理想的状态，但在实际工作中是不可能实现的。
电压驻波比定义:此处电压最大值与电压最小值之比。
VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)翻译为电压驻波比，一般简称驻波比。
电磁波从甲介质传导到乙介质,会由于介质不同,电磁波的能量会有一部分被反射，从而在甲区域形成“行驻波”。
电压驻波比指的就是行驻波的电压峰值与电压谷值之比，此值可以通过反射系数的模值计算：
VSWR=(1+反射系数模值)/(1-反射系数模值）。
而入射波能量与反射波能量的比值为 1：(反射系数模的平方)
从能量传输的角度考虑，理想的VSWR为 1:1 ，即此时为行波传速状态，在传输线中，称为阻抗匹配；最差时VSWR无穷大，此时反射系数模为1，为纯驻波状态，称为全反射，没有能量传输。
S=Vmax/Vmin
=（V0+Vr）/（V0-Vr）（S：从1到无穷大）（1）
S =（V0+Vr）/（V0-Vr）
=（1+ Vr/ V0）/（1-Vr/ V0）
=（1+ρs）/（1-ρs）
电压反射系数：ρs = Vr/ V0
ρs=（S-1）/（S+1） (2)
MG5193磁控管说明书给出了对负载驻波比的限制要求，而且整个微波传输的设计要求在此驻波比条件下讨论对隔离器的隔离度要求。VSWR极限值为1.5，出厂测试条件：VSWR=1.1（即电压驻波比S=1.1）。
E： 为磁控管输出面输出的电场强度；
Ef ： 为磁控管输出面反射的电场强度；
P: 为磁控管输出面输出的功率强度
Pf: 为磁控管输出面反射的功率强度
α*+：环流器对电场强度的正向损耗系数
α*—：环流器对电场强度的反向损耗系数
I+ ： 环流器对功率的正向损耗系数；
α*+=（I+）1/2 （3）
I—： 环流器对功率的反向损耗系数；
α*—=（I—）1/2 （4）
ρf ：加速管端面的反射系数(全反射时为1)；
I：环流器隔离度；
H：环流器和其它波导正向损耗；
ρS=(S-1)/( S+1)或S=(1+ρS)/(1-ρS)
ρS= Ef / E= （E*α*+α*—ρf）/ E=α*+α*—ρf
=（I+*I—）1/2*ρf =（I+*I—）1/2
反射系数取1全反射情况，ρf=1
ρs=（I+*I—）1/2
ρs、S代入（2）式：
（I+*I—）1/2=（S -1）/（S+1）=0.1/2.1
I+*I—=0.00227 （5）
当磁控管的输出功率为P，加速管处的功率为Pa时，满足以下关系：
P=Pa▪10H/10时，Pa= P▪I+ （H=-10lg(Pa /P)= -10lg(/P)= -10lg(I+)）
I+ =Pa/P=10-H/10
当H=0.6dB时
I+ =0.87
代入（5）I+▪I—=0.00227
I— =0.0026
当环流器隔离度为I、正向功率衰减系数为I+、反射系数为1时满足以下公式：
I=-10lg(Pf /P)=-10lg(P▪I+▪I—/P)= -10lg(I+▪I—)=26.4(dB)
这样，当正向功率衰减为0.6 dB，要求达到驻波比1.1时，要求环流器的隔离度要大于26.4 dB方可满足。