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微波反射式速调管的工作状态和工作特性

微波反射式速调管的工作状态和工作特性
微波反射式速调管的工作状态和工作特性

云南大学物理实验教学中心

实验报告

课程名称:近代物理实验

实验项目:微波反射式速调管的工作状态和工作特性

学生姓名:朱江醒学号: 20051050148 物理科学技术学院物理系2005级数理基础科学专业

指导教师:何俊

实验时间: 2007年 10 月 13 日 8 时 30 分至12时 30 分

实验地点:四合院

实验类型:教学(演示□验证□综合□设计□) 学生科研□课外开放□测试□其它□

一、实验目的:

1. 了解微波简单的一些基本知识;

2. 了解微波基本技术和实用测量方法;

3. 以微波测试手段来观测物理现象。

二、实验原理:

1、反射系数:定义波导中某截面处的电场反入射波之比为反射关系,即

Γ=电场的入射波电场的反射波

则有

L

i L

zi i

r L

i i L i e

e

E E e

E e

E ββββ20--Γ==

=

Γ (1)

其中

?

i e

Γ=Γ0,

Γ是终端反射系数,?表示在终端反射波与λ射波的相差。

2、驻波比ρ:定义波导中驻波电场最大值与驻波电场最小值之比为驻波比,即

011Γ

-Γ+=

ρ

1) 当微波功率全部为终端负载所吸收时(这种“匹配”负载)波导中不存在反射波,

Γ=0,1=ρ传的是行波,i

y E E =这种状态称为匹配状态。

2)当波导终端是理想导板时(微波技术中叫“终端短路”),形成全反射在终点站端处。

y

i r i y E E E E E -==+=,0亦即

π

i e

=-=Γ10,(终端处电场反射波与入射波的相位差为

π,却相位相反),此时α

β==Γ,10,波导中形成纯驻波。在驻波波节处,

min

=Γ,

驻波波腹处,

i

E 2max

=Γ这种状态称为驻波状态。

3)在一般情况下,波导中传播的不是单纯的行波时或驻波。0

Γ﹤1,ρ﹤1,

)

1(),1(0min

0max

Γ-=Γ+=i y

i y

E E E E 这各状态称为混波状态。

3、 波导元件

1)全匹配负载(也称吸收器):是用以全部吸收波导传输来的微波功率,是无反射的终端装置。

2)可变衰减器:把一片吸收介质片垂直于宽边纵向插进波导管即成,用以部分地衰减传输功率,移动吸收片可以改变衰减量的大小。

3)短路活塞:装在波导终端,通常应用在激励器和探测器内实现微波的匹配。

4)晶体检波器:检测微波功率的元件,应用一个灵敏的晶体二极管,根据整流后测出的电流值来简单估计微波的功率。

5)谐振腔波长计:利用谐振腔作为谐振系统,用机械结构调谐,当谐振时,机械结构指示的尺寸决定了被测的频率。波长计与被测微波系统相连接的方法分通过型和吸收型两种。

现介绍吸收式波长计的工作原理。将波长计与微波能量传输波导相耦合,调谐时,能量传输线上检测器所量出的微波功率突然变小。

6)微波振荡器:微波信号源要求工作频率和输出功率可调而且稳定。

图1 反射式速调管内电子的运动轨迹图

1) 工作原理

从阴极飞出的电子被谐振腔的正电压所加速,这时直流电源的能量变成真空中运动电子的动能。电子在加速电场的作用下飞入谐振腔,在腔中激起感应电流脉冲,使谐振腔中发生了振荡,因而在两个栅网间产生一个微弱的微波电场。在其作用下,穿过栅网的电子速度要收到调制,电子在一个振荡周期的不同时刻穿过栅网后的速度是不同的。

在反射空间里面速度大的电子需要较长时间飞越较长的距离才返回栅网;速度小的电子返回到栅网所需要的时间较少,飞越距离短。在不同时间内飞过栅网的电子运动的空间、时间如图1:电子1通过栅网时,微波电场=0,速度不变,进入反射平面(假想的)后反转。电子2通过栅网时,微波电场=εmax ,受到加速,越过反射平面后反转。电子3通过栅网时速度不变,进入反射空间到达反射平面后反转。电子4通过栅网时(微波电场=-εmax ),受到减速,未到达反射平面就反转。电子3称为群聚中心,它的运动轨迹如图1中的粗线所示。

在反射空间距离S 0(反射极与栅网间的距离),谐振腔电压V 0和反射极电压V R 选择合适的情况下,当群聚中心电子的渡越时间τ

等于微波振荡周期的3/4时,即:

τ0=(n+3/4)T n=1,2,3 (2) 电子流给出的功率最大,这一条件相当于振荡的相位条件。显然渡越时间τ0

满足下列

关系式:

(3)

式中e 为电子的电量,m 为电子的质量。

利用式(2)、(3),并注意到T =1/?(?为微波频率),我们有:

(4)

(4)式表明:只有V0和|VR|为某些值时才能产生振荡。由(2)式可以看出微波振荡周期与电子渡越时间可以比拟甚至还要小。反射式速调管之所以能产生振荡,正是巧妙地利用了这一特点。

满足了相位条件,只是说明振荡有可能产生。要使振荡发生,还需要第二个条件,要求直流电子流大于某一最小电流(起始电流),即:i>i0 (5)

这一条件相当于振荡的幅值条件。起始电流i0与电路及外负载有关,并与(n+3/4)成比例。式(2)和(5)就是振荡的相位条件和幅值条件,当这两个条件都满足时,微波振荡就会发生。

2)反射式速调管的工作特性和工作状态:

1、反射式速调管并不是在任意的反射极电压数值都能发生振荡,只有在某些特定的反射极电压值才能振荡。每一个振荡输出功率的区域叫做速调管的振荡模。

2、对于每一个振荡模,当反射极电压VR变化时,速调管的输出功率P和振荡频率?都随之变化;在振荡模中心的反射极电压上,输出功率最大,而且输出功率和振荡频率随反射极电压的变化也比较缓慢。

3、输出功率最大的振荡模叫最佳振荡模。

4、各个振荡模的中心频率相同通常称为速调管的工作频率。

用改变反射极电压来实现振荡频率变化的方法称为“电子调谐”。一个振荡模的半功率点对应的频率宽度称为振荡模的“电子调谐范围”。半功率点对应的频宽与电压宽度的

比值称为“平均电子调谐率”。

三、微波测量

(一)驻波系数测量

驻波测量线是测量微波传输系统中电场的强弱和分布的精密仪器,其简单原理是:

使探针在开槽传输线中移动,将一小部分功率耦合出来,经过晶体二极管检波后再由指示

器指示,从而看出在开槽线中电场的分布情况(相对强度)。

驻波测量包括两步分,即测定电场波腹和波节的振幅以及波节的位置。

1.小驻波比的测量 1.005≤ρ≤1.5

在这种情况下,驻波波腹和波节都不尖锐,因此要多测几个驻波波腹和波节,按下式计算ρ的平均值

(6)当检波晶体满足于平方律时候

(7)2.中驻波比的测量 1.5≤ρ≤10

此时,只需测一个驻波波腹和一个驻波波节,按小信号平方律检波,即可算出驻波比

(8)

3.大驻波比 ρ>10

如驻波比ρ>10,波腹振幅与波节振幅的区别很大,测量线不能同时测量波腹和波节,因此必须采用别的测量方法——二倍极小功率法。

使用平方律的检波晶体管,利用探针测量极小点两旁。功率为极小点功率二倍的距离W ,以及波导波长λg ,按下式计算驻波比:

4.波节位置和波导波长的测定

极小点的位置受探针的影响极微,只要驻波测量器灵敏度够高及极小点够尖锐,一般容易测定。为了精确测定极小点的位置,可采用平均值法,亦即测极小点附近两点(此两点在指示器的输出相等)的距离坐标,然后取这两点坐标的平均值,即得极小点坐标

波导波长λg 可由两个相邻极小点的距离:xmin2-xmin1==

决定。所以有

(9)

(二) 功率测量

功率测量包括两种方法:1、相对测量(确定微波功率的大小);2、绝对测量(确定微波功率的绝对值)。

在测量工作中常常需要检测微波功率扮存在或估计其相对大小,用来检测微弱信号功率的灵敏指示器称为检泼器。在小功率情况下,当检波电流不超过5~10微安时,检波晶体管可以相当精确地假定为平方律检波的,亦即检流计测得检波电流I 与微波功率P 成正比: I =K0P , 其中K0为常数, (9)

(三)频率测量

微波频率的测量方法基本有两种:一种是谐振腔法,一是频率比较法。

四、实验内容

1、观察速调管的各个振荡模,开启电源,使速调管处于调幅工作状态。调节反射极电压(注意反射极电压相对于阴极必须处于负电位)观察振荡模。

2、逐点测量速调管最佳振荡模功率P 及反射电压R V

的关系曲线,及频率f 和反射极电

R

V 的关系曲线。

办法:在最佳振荡模的位置上改变R

V ,对于每一个

R

V 值,利用晶体检波头测量相对功率P ,

用波长计测量频率f (注意波节计测频率后失谐),共改变R V 七次,相对之测P 和f 七次。

3、使速调管处于方波调幅状态下,配合使用测量放大器测出波导波长。

方法:利用驻波测量线测出驻波极大点和极大点,或极小点和极小点之间的距离算出g

λ,

并代入公式计算出自由空间波长

4、使速调管处于锯波调频状态,把晶体检波头输出端接到示波器的Y 轴,即可观察各振荡模的图形。

五、实验数据及分析

由此可知第四组为最佳振荡模

(2)波导波长的测定

由g λ=

得:λλ==34.01mm 而8

'

310/8600c m s f

m H z

λ?=

=

=34.64mm

'

'

E λλλ

-∴=

=相对误差 1.81%

六、误差分析

1、调频范围过大,一般为了使速调管具有最大功率与稳定的工作频率,应使速调管工作在振荡模的中心反射电压上。故这种方法只能在很小的范围内调频,一般Δ?/?≤0.5%。

2、在能量传输过程中出现衰减,会造成误差。

3、不能完全避免外界电磁场的影响。

4、读数时造成了误差,与其仪器本身也会产生误差。

教师评语:

签字: 备注:

电磁场与微波技术

电磁场与微波技术 080904 (一级学科:电子科学与技术) 本学科是电子科学与技术一级学科下属的二级学科,是1990年由国务院学位办批准的博士学位授予点,同时承担接收博士后研究人员的任务,2003年被批准为国防科工委委级重点学科点。本学科专业内容涉及电磁场理论、微波毫米波技术及其应用,主要领域包括电磁波的产生、传播、辐射、散射的理论和技术,微波和毫米波电路系统的理论、分析、仿真、设计及应用,以及环境电磁学、光电子学、电磁兼容等交叉学科内容。多年来在多种军事和国民经济应用的推动下,本学科在天线理论与技术、电磁散射与逆散射、电磁隐身技术、微波毫米波理论与技术、光电子技术、电磁兼容、计算电磁学与电磁仿真技术、微波毫米波系统工程与集成应用等方面的研究形成了鲜明的特色,取得了显著成果。其主要研究方向有: 1.计算电磁学及其应用:设计、研究、开发高精度、高效率电磁计算算法;研究高效精确电磁计算算法在目标特性、微波成像及遥感、电磁环境预测、天线分析和设计等方面的应用。 2.微波/毫米波电路设计理论与技术:研究有源元器件与电路模型、与微电子、微机械工艺相关的材料器件等模型的建立及参数提取;研究低相噪频率源技术,微波/毫米波单片集成电路设计,基于微机械(MEMS)的微波/毫米波开关、移相器和滤波器设计。 3.电磁波与物质的相互作用:研究电磁散射和逆散射算法,军事装备目标特性测试技术,隐身目标测试技术,目标散射中心三维成像技术;研究轻质、宽频、自适应智能隐身材料。 4.微波/毫米波系统理论与集成应用技术:设计、研究、开发特殊环境下的微波/毫米波系统;研究微波/毫米波测试技术;研究天线设计理论与技术。 一、培养目标 掌握坚实的电磁场与微波技术以及相应学科的基础理论,具有系统的专门知识,熟练应用计算机,掌握相应的实验技术,掌握一门外国语,学风端正,具备独立从事科学研究工作和独立担负专门技术工作的能力,能胜任科研、生产单位和高等院校的研究、开发、教学或管理等工作。 二、课程设置

微波反射式速调管的工作状态和工作特性

云南大学物理实验教学中心 实验报告 课程名称:近代物理实验 实验项目:微波反射式速调管的工作状态和工作特性 学生姓名:朱江醒学号: 20051050148 物理科学技术学院物理系2005级数理基础科学专业 指导教师:何俊 实验时间: 2007年 10 月 13 日 8 时 30 分至12时 30 分 实验地点:四合院 实验类型:教学(演示□验证□综合□设计□) 学生科研□课外开放□测试□其它□

一、实验目的: 1. 了解微波简单的一些基本知识; 2. 了解微波基本技术和实用测量方法; 3. 以微波测试手段来观测物理现象。 二、实验原理: 1、反射系数:定义波导中某截面处的电场反入射波之比为反射关系,即 Γ=电场的入射波电场的反射波 则有 L i L zi i r L i i L i e e E E e E e E ββββ20--Γ== = Γ (1) 其中 ? i e Γ=Γ0, Γ是终端反射系数,?表示在终端反射波与λ射波的相差。 2、驻波比ρ:定义波导中驻波电场最大值与驻波电场最小值之比为驻波比,即 011Γ -Γ+= ρ 1) 当微波功率全部为终端负载所吸收时(这种“匹配”负载)波导中不存在反射波, Γ=0,1=ρ传的是行波,i y E E =这种状态称为匹配状态。 2)当波导终端是理想导板时(微波技术中叫“终端短路”),形成全反射在终点站端处。 y i r i y E E E E E -==+=,0亦即 π i e =-=Γ10,(终端处电场反射波与入射波的相位差为 π,却相位相反),此时α β==Γ,10,波导中形成纯驻波。在驻波波节处, min =Γ, 驻波波腹处, i E 2max =Γ这种状态称为驻波状态。 3)在一般情况下,波导中传播的不是单纯的行波时或驻波。0 Γ﹤1,ρ﹤1, ) 1(),1(0min 0max Γ-=Γ+=i y i y E E E E 这各状态称为混波状态。 3、 波导元件 1)全匹配负载(也称吸收器):是用以全部吸收波导传输来的微波功率,是无反射的终端装置。 2)可变衰减器:把一片吸收介质片垂直于宽边纵向插进波导管即成,用以部分地衰减传输功率,移动吸收片可以改变衰减量的大小。 3)短路活塞:装在波导终端,通常应用在激励器和探测器内实现微波的匹配。 4)晶体检波器:检测微波功率的元件,应用一个灵敏的晶体二极管,根据整流后测出的电流值来简单估计微波的功率。 5)谐振腔波长计:利用谐振腔作为谐振系统,用机械结构调谐,当谐振时,机械结构指示的尺寸决定了被测的频率。波长计与被测微波系统相连接的方法分通过型和吸收型两种。

中山学院微波技术与天线2015B

一、选择题(共10题,每小题2分,共20分) (选择题答案务必填写在下表中!!!) 1.以下_____传输线的主模不是横电磁波。 A.同轴线 B. 双导体 C.带状线 D . 矩形波导 2.微波传输线反射系数的取值范围是_____。 A.[0 1] B . [-1 1] C.[0 +∞] D. [-∞ +∞] 3.对无耗传输线,_____下,终端反射系数l Γ=1。 A.行波状态 B .纯驻波状态 C.行驻波状态 D.故障状态 4.使用/4λ阻抗变换器实现终端匹配的前提是,终端负载必须为_____。 A.容性阻抗 B.感性阻抗 C .纯电阻 D. 复数阻抗 5.以下_____选项不是Smith 阻抗圆图的组成部分。 A. 归一化电阻圆 B. 归一化电抗圆 C.反射系数圆 D . 驻波比圆图 6.截面尺寸为(/2)a b b a ?<的矩形波导,10TE 波在其中传播的条件为_____。(注:0λ为工作波长) A. 00a λ<< B. 022b a λ<< C . 02a a λ<< D. 02a λ> 7.在任何微波电路中都可以被测量的物理量是_____。 A .阻抗 B .导纳 C .驻波比 D .反射系数 8.微波网络分析中,某端口等效电压()U z 的归一化形式为_____。 电子科技大学中山学院考试试卷 课程名称: 微波技术与天线 试卷类型: B 卷 2015 —2016 学年第 1 学期 期末 考试 考试方式: 闭卷 拟题人: 王桓 日期:2015.12.22 审 题 人: 学 院: 电子信息学院 班 级: 学 号: 姓 名: 提示:考试作弊将取消该课程在校期间的所有补考资格,作结业处理,不能正常毕业和授位,请诚信应考。

第五节电路的三种状态

第五节电路的三种状态 一、空载状态 空载状态又称断路或开路状态(图1—31),它是电路中开关断开或联接导线折断引起的一种极端运行状态。电路空载时,外电路所呈现的电阻可视为无穷大,故电路具有下列特征: 1、电路中的电流为零,即I=0。 2、U1=US,即电源的端电压等于电源电压。此电压称为空载电压或开路电压,用U0表示。利用此特点可以测出电源电压。 3、因为电源对外不输出电流,电源的输出功率和负载所消耗的功率均为零。 二、短路状态 由于电源线绝缘损坏、操作不当等引起电源的两输出端相接触,造成电源被直接短路的情况(图1—32),是电路的另一种极端运行状态。当电源直接短路时,外电路所呈现的电阻可近似为零,电路具有下列特征: 1、电源中的电流最大,输出电流为零。因为:,在一般供电系统中,电源的内电阻R0很小,故短路电流IS很大,但对外电路无电流输出。 2、电源和负载的端电压均为零。表明电源的电压全部降落在电源的内阻上,电源发出的功率全部消耗在电源内阻上。 此时电源发出的功率为: 例1—8 图1—33为某汽车行李箱灯电气简图,蓄电池电压US=12V,内阻R=0.2Ω,灯泡为12V 6W,试求: 1)空载电压UO; 2)短路电流IS。 解:1)灯泡电阻 2)UO=US=12V 由上计算可知,短路时电路中电流很大,容易烧毁电源与设备。另外短路时强电流产生强大的电磁力会造成机械上的损失,因而实际电路中必须设置短路保护装置,最常用的是用熔断器作保护电器。 三、负载状态 如图1—34所示,负载状态是一般的有载工作状态。此时电路有下列特征: 1.电路中的电流为 当电源电压US和内阻R0一定时,电路中电流的大小取决于负载的大小。 2.电源的端电压为 U1=US-IR0 电源的端电压总是小于电源电压。若忽略电源内阻,则电源的端电压U1等于电源电压US。 四、额定功率 电路元件在工作时都有一定的使用限度,其限额值称为额定值。例如,标明

(整理)实验21微波波导管内电磁场分布测量.

实验2.1 微波波导管内的电磁场分布测量实验 §2.1.1实验目的 通过测量微波波导管内的电磁场分布,了解微波的产生、传播等基本特性,掌握微波测量的基本方法和技术。 §2.1.2实验原理与方法 一、微波与体效应微波振荡器 1、微波 按照国际电工委员会(IEC)的定义,微波(Microwaves)是“波长足够短,以致在发射和接收中能实际应用波导和谐振腔技术的电磁波”。实际应用中,微波通常指频率在300GHz到300MHz、波长范围1毫米到1米的电磁波,可分为分米波、厘米波、毫米波三个波段。 自上世纪40年代以来,微波科学技术表现出巨大的应用价值。例如, ? 雷达的诞生与成熟(1939一1945年); ? 微波波谱学与量子电子学的巨大进步(1944年-至今); ? 射电天文学大发展(1946—1971年); ? 微波能量利用及微波医学(1947年-至今); ? 卫星通信及卫星广播的建立与普及(1964年-至今); ? 遥感、气象监测等; ? 高功率微波武器。1984年美国国防部制定定向能发展计划(定向能包括高能激光、粒子束和高功率微波(HPM)三个方面)。“微波武器” 将在反卫星、反精确制导武器等方面发挥重要作用。 2、体效应微波振荡器 目前,常用的产生微波振荡器的有两大类,电真空器件与固体器件。其中,电真空器件主要包括微波电真空三极管、反射速调管、磁控管和返波管等;固体器件有晶体三极管、体效应二极管(也称耿氏二极管,由于体效应管中微波电流振荡现象是耿式(J.B Gunn)于1963年首先发现的)和雪崩二极管。由于固体器件具有体积小、重量轻、耗电省及便于集成等优点,近几十年来发展迅速,尤其在中小功率范围内它已经取代电真空器件。固体器件中,采用体效应振荡器制成的微波信号源具有噪声低、工作电压低和便于调谐的优点,目前在实验室中广泛采用该类微波信号源。 1)负阻效应 体效应管的工作原理是基于N型砷化镓(GaAs)的导电能谷——高能谷和低能谷结构,如图2.1-1所示,高低能谷间的能量差0.36eV。处于这两类能谷中的电子具有不同的有效质量和不同的迁移率。在常温下低电场时,大部分导电的电子处在电子迁移率高而有效质量较低的低能谷中,当随外加电场增大,许多电子被激发跃迁到高能谷中,在那里电子迁移率低而有效质量较大。因此,低电场时,导电率高,而在高电场时导电率低。这种效应的结果使电子迁移率急剧下降。这种随电场的增加而导致电流下降的现象称为负阻效应,如图2.1-2

微波技术与天线论文

题目:简论微波谐振器件 姓名:陆昌佳学号20091120242 专业:通信工程 目录: 一、…………………………摘要 二、…………………………关键词 三、…………………………正文 1、微波元器件的简单介绍 2、微波元器件常见种类 3、矩形和圆柱形谐振腔基本参数的计算 4、参考书目

一、摘要:微波谐振器件是根据微波频率的特点从LC回路演变而来的,通过对微波谐振器件的研究,我们可以通过谐振器件各个参数更进一步的了解和认识其特点,从而更好的使用微波谐振器件、最大程度的发挥它在通信系统中的作用。以下我将对矩形谐振腔做简要计算分析,得到其谐振频率和品质因素f。和Q。,并将其和圆柱微波谐振腔的基本参数作比较,从而更进一步为通信事业服务. 二、关键词:谐振频率品质因素 三、微波元器件简单介绍:在低频电路中, 谐振回路是一种基本元 件, 它是由电感和电容串联或并联而成, 在振荡器中作为振荡回路,用以控制振荡器的频率; 在放大器中用作谐振回路; 在带通或带阻滤波器中作为选频元件等。在微波频率上, 也有上述功能的器件, 这就是微波谐振器件, 它的结构是根据微波频率的特点从LC回路演变而成的。微波谐振器一般有传输线型谐振器和非传输线谐振器两大类, 传输线型谐振器是一段由两端短路或开路的微波导行系统构成的, 如金属空腔谐振器、同轴线谐振器和微带谐振器等 四、常见谐振腔:

五、正文:谐振在通信系统中起着举足轻重的作用,以最简单的收音机为例,我们都知道收音机在接收电磁波信号时,只有谐收音机频率和空中的电磁波频率相等才能接收到音频信号即谐振。而谐振的直接决定因素在于谐振器件,对谐振器件的研究可从其基本参数谐振频率和品质因素入手。

微波技术基础 简答题整理

第一章传输线理论 1-1.什么叫传输线?何谓长线和短线? 一般来讲,凡是能够导引电磁波沿一定方向传输的导体、介质或由它们共同体组成的导波系统,均可成为传输线;长线是指传输线的几何长度l远大于所传输的电磁波的波长或与λ可相比拟,反之为短线。(界限可认为是l/λ>=0.05) 1-2.从传输线传输波形来分类,传输线可分为哪几类?从损耗特性方面考虑,又可以分为哪几类? 按传输波形分类: (1)TEM(横电磁)波传输线 例如双导线、同轴线、带状线、微带线;共同特征:双导体传输系统; (2)TE(横电)波和TM(横磁)波传输线 例如矩形金属波导、圆形金属波导;共同特点:单导体传输系统; (3)表面波传输线 例如介质波导、介质镜像线;共同特征:传输波形属于混合波形(TE波和TM 波的叠加) 按损耗特性分类: (1)分米波或米波传输线(双导线、同轴线) (2)厘米波或分米波传输线(空心金属波导管、带状线、微带线) (3)毫米波或亚毫米波传输线(空心金属波导管、介质波导、介质镜像线、微带线) (4)光频波段传输线(介质光波导、光纤) 1-3.什么是传输线的特性阻抗,它和哪些因素有关?阻抗匹配的物理实质是什么? 传输线的特性阻抗是传输线处于行波传输状态时,同一点的电压电流比。其数值只和传输线的结构,材料和电磁波频率有关。 阻抗匹配时终端负载吸收全部入射功率,而不产生反射波。 1-4.理想均匀无耗传输线的工作状态有哪些?他们各自的特点是什么?在什么情况的终端负载下得到这些工作状态?

(1)行波状态: 0Z Z L =,负载阻抗等于特性阻抗(即阻抗匹配)或者传输线无限长。 终端负载吸收全部的入射功率而不产生反射波。在传输线上波的传播过程中,只存在相位的变化而没有幅度的变化。 (2)驻波状态: 终端开路,或短路,或终端接纯抗性负载。 电压,电流在时间,空间分布上相差π/2,传输线上无能量传输,只是发生能量交换。传输线传输的入射波在终端产生全反射,负载不吸收能量,传输线沿线各点传输功率为0.此时线上的入射波与反射波相叠加,形成驻波状态。 (3)行驻波状态: 终端负载为复数或实数阻抗(L L L X R Z ±=或L L R Z =)。 信号源传输的能量,一部分被负载吸收,一部分反射回去。反射波功率小于入射波功率。 1-5.何谓分布参数电路?何谓集总参数电路? 集总参数电路由集总参数元件组成,连接元件的导线没有分布参数效应,导线沿线电压、电流的大小与相位,与空间位置无关。分布参数电路中,沿传输线电压、电流的大小与相位随空间位置变化,传输线存在分布参数效应。 1-6.微波传输系统的阻抗匹配分为两种:共轭匹配和无反射匹配,阻抗匹配的方法中最基本的是采用λ/4阻抗匹配器和支节匹配器作为匹配网络。 1-7.传输线某参考面的输入阻抗定义为该参考面的总电压和总电流的比值;传输线的特征阻抗等于入射电压和入射电流的比值;传输线的波阻抗定义为传输线内横向电场和横向磁场的比值。 1-8.传输线上存在驻波时,传输线上相邻的电压最大位置和电压最小位置的距离相差λ/4,在这些位置输入阻抗共同的特点是纯电阻。 第二章 微波传输线 2-1.什么叫模式或波形?有哪几种模式?

如何快速确定三极管的工作状态三极管的三种工作状态分析判断

如何快速确定三极管的工作状态三极管的三种工作状态分析判断有放大、饱和、截止三种工作状态,放大电路中的三极管是否处于放大状态或处于何种工作状态,对于学生是一个难点。笔者在长期的教学实践中发现,只要深刻理解三极管三种工作状态的特点,分析电路中三极管处于何种工作状态就会容易得多,下面结合例题来进行分析。 一、三种工作状态的特点 1.三极管饱和状态下的特点 要使三极管处于饱和状态,必须基极电流足够大,即IB≥IBS。三极管在饱和时,集电极与发射极间的饱和电压(UCES)很小,根据三极管输出电压与输出电流关系式UCE=EC-ICRC,所以IBS=ICS/β=EC-UCES/β≈EC/βRC。三极管饱和时,基极电流很大,对硅管来说,发射结的饱和压降UBES=0.7V(锗管UBES=-0.3V),而UCES=0.3V,可见,UBE>0,UBC>0,也就是说,发射结和集电结均为正偏。三极管饱和后,C、E 间的饱和电阻RCE=UCES/ICS,UCES 很小,ICS 最大,故饱和电阻RCES很小。所以说三极管饱和后G、E 间视为短路,饱和状态的NPN 型三极管等效电路如图1a 所示。 2.三极管截止状态下的特点要使三极管处于截止状态,必须基极电流IB=0,此时集电极IC=ICEO≈0(ICEO 为穿透电流,极小),根据三极管输出电压与输出电流关系式UCE=EC-ICRC,集电极与发射极间的电压UCE≈EC。 三极管截止时,基极电流IB=0,而集电极与发射极间的电压UCE≈ECO 可见,UBE≤0,UBC1V 以上,UBE>0,UBC 二、确定电路中三极管的工作状态 下面利用三极管三种工作状态的特点和等效电路来分析实际电路中三极管的工作状态。 例题:图2 所示放大电路中,已知EC=12V,β=50,Ri=1kΩ,Rb=220kΩ,Rc=2kΩ,其中Ri 为输入耦合电容在该位置的等效阻抗。问:1.当输入信号最大值为+730mV,最小值为-730mV 时,能否经该电路顺利放大?2.当β=150 时,该电路能否起到正常放大作用?

电路的三种状态:通路、断路(开路)、短路

电路的三种状态:通路、断路(开路)、短路 我们知道电路是由三个重要组成部分组成,分别是:电源、负载、链接导线。而电路的运行也有三种状态,它们分别是:通路、断路(也称为开路)、短路。下面分别做个介绍: 通俗解释: 通路:电路有电流流过负载 断路:电路中没有电流 短路:电路中没有负载 什么是通路 如下电路图所示,如果开关K置于1触电处,就会接通负载与电源,电路中有电流流过,这时电路出于通路状态,电流可由闭合电路欧姆定律公式计算的来,电压为U=IR或U=E-I×R0。提示:图中电阻R被看作是一个 负载。由此可见:实际电源的输出电压U总是小于电动势,原因是电源内阻上有电压降,因此对于电源而言,要求内阻越小越好。(电源提供的电压由电源电动势E和电源内阻R串联组成)。

什么是断路 继续观察上图,如果开关K置于2触电处,电路就处于断开状态,并不是一个完整的断路。因此被称为断路或者开路。开路时,外电路电阻是无穷大(除非空气也导电了),电路中没有电流,电源的端电压等于电动势,电源不输出电能。开路的特征是: I=0,即没有电流。U=E,即电路电压等于电源电动势 什么是短路 继续观察上图,如果开关K置于3触电处,那么这时负载电阻为零(不考虑导线电阻的情况下)。这时就好比直接将电源的正极接到负极上。此时电路就处于短路状态(老话俗称连火了)。在此状态下电路中的电流几乎就是电源电动势÷电源内部电阻了,即I=E/r0。 由于电源内阻r0一般很小,所以如果电路出现短路,那么电流I就很大,如果电路中没有保护装置,较大的短路电流很容易导致线路过热烧坏或者直接烧坏电源,造成严重的安全事故即财产损失,电工工作中要仔细避免。所以我们电工一般都需要在电路中安装好熔断装置(比如保险丝),这一当电流突然增大时可以瞬间把保险丝烧坏,从而实现断路而保护设备及电源的安全。

微波技术与天线总复习题

微波技术与天线基础总复习题 一、填空题 1、微波是一般指频率从 至 范围内的电磁波,其相应的波长从 至 。并 划为 四个波段;从电子学和物理学的观点看,微波有 、 、 、 、 等 重要特点。 2、无耗传输线上的三种工作状态分别为: 、 、 。 3、传输线几个重要的参数: (1) 波阻抗: ;介质的固有波阻抗为 。 (2) 特性阻抗: ,或 ,Z 0=++ I U 其表达式为Z 0= ,是一个复数; 其倒数为传输线的 . (3) 输入阻抗(分布参数阻抗): ,即Z in (d)= 。传输线输入阻抗的 特点是: a) b) c) d) (4) 传播常数: (5) 反射系数: (6) 驻波系数: (7) 无耗线在行波状态的条件是: ;工作在驻波状态的条件是: ;工作在行驻波状态的条件是: 。 (8) 无耗传输线的特性阻抗0Z = , 输入阻抗具有 周期性,传输 线上电压与电流反射系数关系 ,驻波比和放射系数关系 。 4、负载获得最大输出功率时,负载Z 0与源阻抗Z g 间关系: 。 5、负载获得最大输出功率时,负载与源阻抗间关系: 。 6、史密斯圆图是求街均匀传输线有关 和 问题的一类曲线坐标 图,图上有两组坐标线,即归一化阻抗或导纳的 的等值线簇与反 射系数的 等值线簇,所有这些等值线都是圆或圆弧,故也称阻 抗圆图或导纳圆图。阻抗圆图上的等值线分别标有 , 而 和 ,并没有在圆图上表示出来。导纳圆图可 以通过对 旋转180°得到。阻抗圆图的实轴左半部和右半

部的刻度分别表示或和或。圆图上的电刻度表示,图上0~180°是表示。 7、Smith圆图与实轴右边的交点为点。Smith圆图实轴上的点代表点,左半轴上的点为电压波点,右半轴上的点为电压波点。在传输线上电源向负载方向移动时,对应在圆图上应旋转。 8、阻抗匹配是使微波电路或系统无反射运载行波或尽量接近行波的技术措施,阻抗匹配主要包括三个方面的问题,它们是:(1);(2);(3)。 9、负载获得最大输出功率时,负载与源阻抗间关系: 10、矩形波导的的主模是模,导模传输条件是,其中截止频率为,TE10模矩形波导的等效阻抗为,矩形波导保证只传输主模的条件是。 11、矩形波导的管壁电流的特点是:(1)、(2)、(3)。 12、模式简并现象是指, 主模也称基模,其定义是。单模波导是指;多模传输是。 13、圆波导中的主模为,轴对称模为,低损耗模为。 微带线的特性阻抗随着w/h的增大而。相同尺寸的条件下,εr越大, 特性阻抗越 14、微波元器件按其变换性质可分为、、三大类。 15、将由不均匀性引起的传输特性的变化归结为等效。 16、任意具有两个端口的微波元件均可看做为。 17、[Z]矩阵中的各个阻抗参数必须使用法测量; [Y]矩阵中的各参数必须用法测量; 18、同一双端口网络的阻抗矩阵[Z]和导纳矩阵[Y]关系是。 19、多口网络[S]矩阵的性质:网络互易有,网络无耗有,网络对称时有 .

微波技术基础复习重点

第一章引论 微波是指频率从300MHz到3000GHz范围内的电磁波,相应的波长从1m到0.1mm。包括分米波(300MHz到3000MHz)、厘米波(3G到30G)、毫米波(30G 到300G)和亚毫米波(300G到3000G)。 微波这段电磁谱具有以下重要特点:似光性和似声性、穿透性、信息性和非电离性。 微波的传统应用是雷达和通信。这是作为信息载体的应用。 微波具有频率高、频带宽和信息量大等特点。 强功率—微波加热弱功率—各种电量和非电量的测量 导行系统:用以约束或者引导电磁波能量定向传输的结构 导行系统的种类可以按传输的导行波划分为: (1)TEM(transversal Electromagnetic,横电磁波)或准TEM传输线 (2)封闭金属波导(矩形或圆形,甚至椭圆或加脊波导) (3)表面波波导(或称开波导) 导行波:沿导行系统定向传输的电磁波,简称导波 微带、带状线,同轴线传输的导行波的电磁能量约束或限制在导体之间沿轴向传播。是横电磁波(TEM)或准TEM波即电场或磁场沿即传播方向具有纵向电磁场分量。 开波导将电磁能量约束在波导结构的周围(波导内和波导表面附近)沿轴向传播,其导波为表面波。 导模(guided mode ):即导波的模式,又称为传输模或正规模,是能够沿导行系统独立存在的场型。特点: (1)在导行系统横截面上的电磁场呈驻波分布,且是完全确定的,与频率以 及导行系统上横截面的位置无关。 (2)模是离散的,当工作频率一定时,每个导模具有唯一的传播常数。 (3)导模之间相互正交,互不耦合。 (4)具有截止频率,截止频率和截止波长因导行系统和模式而异。 无纵向磁场的导波(即只有横向截面有磁场分量),称为横磁(TM)波或E波。 无纵向电场的导波(即只有横向截面有电场分量),称为横电(TE)波或H波。 TEM波的电场和磁场均分布在与导波传播方向垂直的横截面内。 第二章传输线理论 传输线是以TEM模为导模的方式传递电磁能量或信号的导行系统,其特点是横向尺寸远小于其电磁波的工作波长。 集总参数电路和分布参数电路的分界线:几何尺寸L/工作波长>1/20。 这些量沿传输线分布,其影响在传输线的每一点,因此称为分布参数。 传播常熟是描述导行系统传播过程中的衰减和相位变化的参数。 传输线上的电压和电流是由从源到负载的入射波和反射波的电压以及电流叠加,在传输线上呈行驻波混合分布。 特性阻抗:传输线上入射波的电压和入射波电流之比,或反射波电压和反射波电流之比的负值,定义为传输线的特性阻抗。 传输线上的电压和电流决定的传输线阻抗是分布参数阻抗。

X波段速调管功率合成输出结构研究(TE01模输出窗设计)

第30卷第2期2008年2月 电子与信息学报 J叫rnalofElectronics&工nformationTechnology V01.30No.2 Fbb.2008 X波段速调管功率合成输出结构研究(TEo。模输出窗设计) 孙鹏@②丁耀辛艮①赵鼎①② ①(中国科学院电子学研究所北京100080) ②(中国科学院研究生院北京100039) 摘要:在对x波段高峰值功率微波源迫切需求的牵引下,该文为x波段高峰值功率速调管功率合成输出结构设计了一个工作在9GHz的TEnl模输出窗,输出窗相对带宽大于7%,通带内插入驻波比小于1.2。此外,该文还建立了TE0】模输出窗窗片稳态温度分布的计算方法。理论分析表明,该输出窗传输50MW的高峰值功率不会由于温升而出现窗片的破裂。 关键词:速调管;高功率输出窗;温升效应 中图分类号:TNl22文献标识码:A文章编号:1009.5896f2008)02—0501一04DesignofTE01 Wind0Ⅵrf.0rX—BandHighPowerKlystron SunPeng∞’DingYao_gen①ZhaoDing①③ …(屁s£托∥剧ec£m竹记s,C住饥e8eAcadem可0,&施佗ces,日e彬佗9100080,Ch讯n) …(Gm砒。匏i托研l锄ers托可吖£九eG胁佗eseAcodem可吖Sc钯nces,Be咖珊100039,(冼撕o) Abstract:Inthispaper,aJn)(-bandTE01outputwindowi8de8igned,whichi8suitableforhighpowerkly8tron.TE01windowha8itsuniquenes8toaⅣoidvoltagebreakdownduetoitsmodepatternandwindowstructure.Centerfrequencyforthiswindowis9GHzand bandwidthcanreachashigha87%withstandingⅥraⅣeratiobelow1.2:1.Theoryabouthea七ingeffectonthedesignedwindowha8beene8tablished,whichshow8thatwindofwcrackingduetotemperaturegapwillnotoccurwhenhi曲powermicrowaVewithit8peakValueof50Mw,pulselengthof1.5u8andrepetitionrateof180Hzi8pa8singthrough. Keywords:Klystron;H遮hpoweroutputwindow;HeatiI曙ef艳ct 1引言 高峰值功率单注速调管需要很高的电压源,容易产生X射线㈠并且由于电压很高,击穿现象时有发生;在x波段,由于传统的多注速调管体积小,电子注之间的相互作用常常导致电子注的断裂和不必要的高次模式的出现,工作起来也很不稳定。因此我们拟采用功率合成输出结构(图1)来实现工作频率为9GHz,输出功率为50MW的高峰值功率。8个电子注相互独立,构成的8个支路呈圆周对称分布,分别与各自的群聚腔和输出腔相互作用,来产生6.25MW的峰值功率。本文着重来介绍功率合成输出结构中TEo】模输出窗的设计。 图1功率合成方法实现高峰值功率模型 2006-08_11收到,2007.05—28改回 传统的宽带速调管多采用长盒形窗输出结构∽但是,当传输功率增大时,陶瓷片和金属圆波导交界处的强电场会由于封装和焊接出现的不均匀而畸变,出现轴向强电场,造成输出窗的电场击穿。除此以外,在矩形波导和圆波导交界处也会由于结构不连续而出现电场畸变和鬼模振荡,造成陶瓷窗击穿和破裂例。TE0】模输出窗可以完全避免这些问题,由于TE0】模式在圆波导壁处电场为零,因此对封接没有严格的要求。除此之外,因为TEn】输出窗环形膜片均匀且离陶瓷片较远,所以也不存在电场畸变和击穿问题。 2X波段TEo。模输出窗的优化设计 图2为TE0l模输出窗的剖面图,它由两边的环形金属薄片、传输波导和中间的陶瓷窗片组成,这5部分作为一个整体共同构成了输出窗。整个输出窗可视为二端口网络,其转移参量矩阵A有如下关系式: lo6l A2f。dl5 44如AA 万方数据

三极管的工作原理(经典)

三极管的工作原理(转载) 三极管的工作原理 对三极管放大作用的理解,切记一点:能量不会无缘无故的产生,所以,三极管一定不会产生能量。 但三极管厉害的地方在于:它可以通过小电流去控制大电流。 放大的原理就在于:通过小的交流输入,控制大的静态直流。 假设三极管是个大坝,这个大坝奇怪的地方是,有两个阀门,一个大阀门,一个小阀门。小阀门可以用人力打开,大阀门很重,人力是打不开的,只能通过小阀门的水力打开。 所以,平常的工作流程便是,每当放水的时候,人们就打开小阀门,很小的水流涓涓流出,这涓涓细流冲击大阀门的开关,大阀门随之打开,汹涌的江水滔滔流下。 如果不停地改变小阀门开启的大小,那么大阀门也相应地不停改变,假若能严格地按比例改变,那么,完美的控制就完成了。 在这里,Ube就是小水流,Uce就是大水流,人就是输入信号。当然,如果把水流比为电流的话,会更确切,因为三极管毕竟是一个电流控制元件。 如果某一天,天气很旱,江水没有了,也就是大的水流那边是空的。管理员这时候打开了小阀门,尽管小阀门还是一如既往地冲击大阀门,并使之开启,但因为没有水流的存在,所以,并没有水流出来。这就是三极管中的截止区。 饱和区是一样的,因为此时江水达到了很大很大的程度,管理员开的阀门大小已经没用了。如果不开阀门江水就自己冲开了,这就是二极管的击穿。 在模拟电路中,一般阀门是半开的,通过控制其开启大小来决定输出水流的大小。没有信号的时候,水流也会流,所以,不工作的时候,也会有功耗。 而在数字电路中,阀门则处于开或是关两个状态。当不工作的时候,阀门是完全关闭的,没有功耗。 结构与操作原理

三极管的基本结构是两个反向连结的pn接面,如图1所示,可有pnp和npn 两种组合。三个接出来的端点依序称为射极(emitter, E)、基极(base, B)和集 极(collector, C),名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。图中也显示出 npn与pnp三极管的电路符号,射极特别被标出,箭号所指的极为n型半导体, 和二极体的符号一致。在没接外加偏压时,两个pn接面都会形成耗尽区,将中 性的p型区和n型区隔开。 图1 pnp(a)与npn(b)三极管的结构示意图与电路符号。 三极管的电特性和两个pn接面的偏压有关,工作区间也依偏压方式来分类,这里 我们先讨论最常用的所谓”正向活性区”(forward active),在此区EB极间的pn接 面维持在正向偏压,而BC极间的pn接面则在反向偏压,通常用作放大器的三极管 都以此方式偏压。图2(a)为一pnp三极管在此偏压区的示意图。 EB接面的空乏 区由于在正向偏压会变窄,载体看到的位障变小,射极的电洞会注入到基极,基 极的电子也会注入到射极;而BC接面的耗尽区则会变宽,载体看到的位障变大, 故本身是不导通的。图2(b)画的是没外加偏压,和偏压在正向活性区两种情形 下,电洞和电子的电位能的分布图。 三极管和两个反向相接的pn二极管有什么差别呢?其间最大的不同部分就在 于三极管的两个接面相当接近。以上述之偏压在正向活性区之pnp三极管为例, 射极的电洞注入基极的n型中性区,马上被多数载体电子包围遮蔽,然后朝集电极 方向扩散,同时也被电子复合。当没有被复合的电洞到达BC接面的耗尽区时, 会被此区内的电场加速扫入集电极,电洞在集电极中为多数载体,很快藉由漂移电流 到达连结外部的欧姆接点,形成集电极电流IC。 IC的大小和BC间反向偏压的大小 关系不大。基极外部仅需提供与注入电洞复合部分的电子流IBrec,与由基极注入 射极的电子流InB? E(这部分是三极管作用不需要的部分)。 InB? E在射极与与电 洞复合,即InB? E=I Erec。pnp三极管在正向活性区时主要的电流种类可以清楚地 在图3(a)中看出。

射频与微波技术原理及应用汇总

射频与微波技术原理及应用培训教材 华东师范大学微波研究所 一、Maxwell(麦克斯韦)方程 Maxwell 方程是经典电磁理论的基本方程,是解决所有电磁问题的基础,它用数学形式概括了宏观电磁场的基本性质。其微分形式为 0 B E t D H J t D B ρ???=- ????=+??=?= (1.1) 对于各向同性介质,有 D E B H J E εμσ=== (1.2) 其中D 为电位移矢量、B 为磁感应强度、J 为电流密度矢量。 电磁场的问题就是通过边界条件求解Maxwell 方程,得到空间任何位置的电场、磁场分布。对于规则边界条件,Maxwell 方程有严格的解析解。但对于任意形状的边界条件,Maxwell 方程只有近似解,此时应采用数值分析方法求解,如矩量法、有限元法、时域有限差分法等等。目前对应这些数值方法,有很多商业的电磁场仿真软件,如Ansoft 公司的Ensemble 和HFSS 、Agilent 公司的Momentum 和ADS 、CST 公司的Microwave Studio 以及Remcom 公司的XFDTD 等。 由矢量亥姆霍兹方程联立Maxwell 方程就得到矢量波动方程。当0,0J ρ==时,有 222200E k E H k H ?+=?+= (1.3) 其中k 为传播波数,22k ωμε=。 二、传输线理论 传输线理论又称一维分布参数电路理论,是射频、微波电路设计和计算的理论基

础。传输线理论在电路理论与场的理论之间起着桥梁作用,在微波网络分析中也相当重要。 1、微波等效电路法 低频时是利用路的概念和方法,各点有确切的电压、电流概念,以及明确的电阻、电感、电容等,这是集总参数电路。在集总参数电路中,基本电路参数为L、C、R。由于频率低,波长长,电路尺寸与波长相比很小,电磁场随时间变化而不随长度变化,而且电感、电阻、线间电容和电导的作用都可忽略,因此整个电路的电能仅集中于电容中,磁能集中于电感线圈中,损耗集中于电阻中。 射频和微波频段是利用场的概念和方法,主要考虑场的空间分布,测量参数由电压U、电流I转化为频率f、功率P、驻波系数等,这是分布参数电路。在分布参数电路中,电磁场不仅随时间变化也随空间变化,相位有明显的滞后效应,线上每点电位都不同,处处有储能和损耗。 由于匀直无限长的传输系统在现实中是不存在的,因此工程上常用微波等效电路法。微波等效电路法的特点是:一定条件下“化场为路”。具体内容包括: (1)、将均匀导波系统等效为具有分布参数的均匀传输线; (2)、将不均匀性等效为集总参数微波网络; (3)、确定均匀导波系统与不均匀区的参考面。 2、传输线方程及其解 传输线方程是传输线理论的基本方程,是描述传输线上的电压、电流的变化规律及其相互关系的微分方程。电路理论和传输线之间的关键不同处在于电尺寸。集总参数电路和分布参数电路的分界线可认为是l/λ≥0.05。 以传输TEM模的均匀传输线作为模型,如图1所示。在线上任取线元dz来分析(dz<<λ),其等效电路如图2所示。终端负载处为坐标起点,向波源方向为正方向。 图1. 均匀传输线模型图2、线元及其等效电路根据等效电路,有

微波技术基础

摘要 本文主要介绍了微波的基础知识,在第一章中介绍了微波的概念、基本特点以及微波在民用和军事上的应用,在第二章中介绍了微波传输线理论,主要介绍了TE型波的理论和传输特性。 10 This paper describes the basics of microwave in the microwave first chapter introduces the concept of the basic characteristics and microwave in the civilian and military applications, in the second chapter describes the microwave transmission line theory, introduces the theory and the type of wave Transmission characteristics.

微波技术基础 第一章微波简介 1.1 什么是微波 微波是频率非常高的电磁波,就现代微波理论的研究和发展而论,微波是指频率从GHz 300的电磁波,其相应的波长从1m~0.1mm,这段电磁频谱包~ MHz3000 括分米波(频率从300MHz~3000MHz),厘米波(频率从3GHz~30GHz),毫米波(频率从30GHz~300GHz)和亚毫米波(频率从300GHz~3000GHz)四个波段。 下图为电磁波谱分布图: 1.2微波的基本特点 1.似光性和似声性 微波波段的波长和无线电设备的线长度及地球上的一般物体的尺寸相当或小的多,当微波辐射到这些物体上时,将产生显著地反射、折射,这和光的反射折射一样。同时微波的传播特性也和几何光学相似,能够像光线一样直线传播和容易集中,即具有似光性。这样利用微波就能获得方向性极好、体积小的天线设

[2018年最新整理]微波技术习题

微波技术习题 思考题 1.1 什么是微波?微波有什么特点? 1.2 试举出在日常生活中微波应用的例子。 1.3 微波波段是怎样划分的? 1.4 简述微波技术未来的发展状况。 2.1何谓分布参数?何谓均匀无损耗传输线? 2.2 传输线长度为10cm,当信号频率为9375MHz时,此传输线属长线还是短线? 2.3传输线长度为10cm,当信号频率为150KHz时,此传输线属长线还是短线? 2.4传输线特性阻抗的定义是什么?输入阻抗的定义是什么? 2.5什么是反射系数、驻波系数和行波系数? 2.6传输线有哪几种工作状态?相应的条件是什么?有什么特点? 3.1何谓矩形波导?矩形波导传输哪些模式? 3.2何谓圆波导?圆波导传输哪些模式?? 3.3矩形波导单模传输的条件是什么? 3.4何谓带状线?带状线传输哪些模式? 3.5何谓微带线?微带线传输哪些模式? 3.6 何谓截止波长?何谓简并模?工作波长大于或小于截止波长,电磁波的特性有何不同? 3.7 矩形波导TE10模的场分布有何特点? 3.8何谓同轴线?传输哪些模式? 3.9为什么波导具有高通滤波器的特性? 3.10 TE波、TM波的特点是什么? 3.11何谓波的色散? 3.12任何定义波导的波阻抗?分别写出TE波、TM波波阻抗与TEM波波阻抗之间的关系式。 4.1为什么微波网络方法是研究微波电路的重要手段? 4.2微波网络与低频网络相比有哪些异同? 4.3网络参考面选择的要求有什么?

4.4表征微波网络的参量有哪几种?分别说明它们的意义、特性及其相互间的关系? 4.5二端口微波网络的主要工作特性参量有哪些? 4.6微波网络工作特性参量与网络参量有何关系? 4.7常用的微波网络有哪些?对应的网络特性参量是什么? 4.8微波网络的信号流图是什么?简要概述信号流图化简法则有哪些? 5.1试述旋转式移相器的工作原理,并说明其特点。 5.2试分别叙述矩形波导中的接触式和抗流式接头的特点。 5.3试从物理概念上定性地说明:阶梯式阻抗变换器为何能使传输线得到较好的匹配。 5.4在矩形波导中,两个带有抗流槽的法兰盘是否可以对接使用? 5.5微波元件中的不连续性的作用和影响是什么? 5.6利用矩形波导可以构成什么性质的滤波器? 5.7试说明空腔谐振器具有多谐性,采用哪些措施可以使腔体工作于一种模式? 5.8欲用空腔谐振器测介质材料的相对介电常数,试简述其基本原理和方法。 6.1什么是双极晶体管和场效应晶体管?各有什么优缺点? 6.2如何判断微波晶体管放大器的稳定性? 6.3设计小信号微波晶体管放大器依据的主要技术指标有哪些? 6.4什么是单向化设计?单向化设计优点是什么? 6.5什么是混频二极管的净变频损耗?如何降低这种损耗? 6.6什么是混频二极管的寄生参量损耗?如何减小这种损耗? 6.7 什么是负阻效应? 6.8简述负阻型微波振荡器起振条件、平衡条件和稳定条件?

多重电子超越现象对高功率注入大间隙速调管中束流群聚特性的影响

物理学报Acta Phys.Sin.Vol.62,No.5(2013)058402 多重电子超越现象对高功率注入大间隙速调管中束流 群聚特性的影响* 白现臣? 杨建华张建德靳振兴 (国防科学技术大学光电科学与工程学院,长沙410073)(2012年9月18日收到;2012年10月16日收到修改稿) 当注入功率较高时,大间隙速调管输入腔的基频电流分布中,除常规意义上的最佳群聚电流峰值(第一峰值电流)外,出现了与第一峰值电流幅值相当的第二峰值电流.结合群聚理论和粒子模拟结果,研究和讨论了第二峰值电流产生的机理.研究结果表明,第二峰值电流的出现由高电压调制系数下出现的多重电子超越效应造成.当二极管电压600kV ,束流5kA,工作频率3.6GHz 时,利用多重超越效应可在保持最佳群聚距离基本不变的前提下,把大间隙速调管的束流群聚深度由80%提高到92%,群聚束流的基频功率也从2.2GW 提高到2.8GW,增幅约27%. 关键词:大间隙速调管放大器,高功率注入,多重电子超越,束流群聚PACS:84.40.Fe,41.75.Ht,77.22.Jp,52.59.?f DOI:10.7498/aps.62.058402 1引言 为解决大型速调管功率合成阵列中种子源注入功率不足的问题[1,2],提出了利用高功率相对论返波管作为种子源驱动高功率注入两腔速调管放大器(wide-gap klystron ampli?er,WKA)的思路.两腔WKA 的结构更为紧凑,但由于增益较低因此需要高达数十MW 的注入功率,这远远超过了常规RKA 不足MW 的注入功率水平[3,4].在研究高功率注入条件下WKA 输入腔调制电子束的群聚特性时发现,随着注入功率和谐振腔间隙电压调制系数的增大,束流群聚机理由小信号线性区逐渐过渡到大信号非线性区.对于电压600kV ,束流5kA,工作频率3.6GHz 的调制电子束,当电压调制系数大于0.6时,在常规意义上的最佳群聚电流峰值附近,出现了第二个峰值电流.为区别比较,这里把通常意义上的最佳群聚电流称为第一峰值电流.随着注入功率继续增大,第二峰值电流迅速增大,并最终取代第一峰值电流成为实际意义上的最佳群聚电流. 这是在高功率注入情况下特有的束流群聚现象,尚 未见到公开的文献报道对该群聚现象进行分析和研究. 本文结合束流群聚理论和粒子模拟程序,对高功率注入条件下第二峰值电流的形成机理进行了定性分析和研究.分析结果表明,第二峰值电流的形成与高电压调制系数下的多重电子超越效应密切相关.如果仅考虑常规意义上的第一峰值电流,随着注入功率的增加,WKA 束流群聚深度逐渐趋于饱和值约80%.而在计及第二峰值电流后,可借助于多重电子超越机理,通过继续增强电压调制系数把WKA 的群聚深度提高到约92%.同时,可用于微波提取的群聚束流功率也由2.2GW 提高到2.8GW,增幅超过27%,这对于相对论器件来说是相当可观的. 2速调管中调制电子束的能量群聚 首先,在考虑群聚电子之间空间电荷场的情况下,给出调制束流达到最佳群聚的基本条件.速度为v 0的直流电子束在速调管输入腔间隙内,因受到 *国家高技术研究发展计划资助的课题.?通讯作者.E-mail:fcc3798@https://www.doczj.com/doc/311928168.html, c ? 2013中国物理学会Chinese Physical Society https://www.doczj.com/doc/311928168.html, 网络出版时间:2013-01-08 09:34 网络出版地址:https://www.doczj.com/doc/311928168.html,/kcms/detail/11.1958.O4.20130108.0934.007.html

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