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行波�
閱讀�37771時間�2011-02-26 22:20:15

  行波�,是一種靠連續(xù)�(diào)制電子注的速度來實(shí)�(xiàn)放大功能的微�電子�,具有頻帶寬、增益高、動�(tài)范圍大和噪聲低等特點(diǎn)。行波管在結(jié)�(gòu)上包括電子槍、慢波電路、集�衰減�、能�耦合�、聚焦系�(tǒng)和收集極�,是雷達(dá)、電子對�、中繼通信��(wèi)星通信、電視直播衛(wèi)�、導(dǎo)航、遙�、遙控、遙測等電子�(shè)備的重要微波電子器件�

工作原理

  在行波管�,電子注同慢波電路中行�(jìn)的微波場�(fā)生相互作用,在長�(dá)6�40個波長的慢波電路中電子注連續(xù)不斷地把動能交給微波信號�,從而使信號得到放大�

  在行波管中,電子注與慢波電路中的微波場發(fā)生相互作�,微波場沿著慢波電路向前行�(jìn)。為了使電子注同微波場產(chǎn)生有效的相互作用,電子的直流�(yùn)動速度�(yīng)比沿慢波電路行�(jìn)的微波場的相位傳播速度(相速)略高,稱為同步條件。輸入的微波信號在慢波電路建立起微弱的電磁場。電子注�(jìn)入慢波電路相互作用區(qū)域以后,首先受到微波場的速度�(diào)�。電子在繼續(xù)向前�(yùn)動時逐漸形成密度�(diào)制。大部分電子群聚于減速場�,而且電子在減速場滯留時間比較�。因�,電子注動能有一部分�(zhuǎn)化為微波場的能量,從而使微波信號得到放大。在同步條件�,電子注與行�(jìn)的微波場的這種相互作用沿著整個慢波電路連續(xù)�(jìn)��

各類適用范圍

  1.脈沖行波管用于地面固定和移動式雷�(dá)、機(jī)載火控雷�(dá)、電子對抗設(shè)備等。脈沖功率在10千瓦�4兆瓦的行波管,頻帶寬度為8%�30%;脈沖功率為5千瓦者,頻帶寬度可達(dá)67%;脈沖功率為1千瓦者,頻帶寬度可達(dá)100%以上�

  2.大功率連續(xù)波行波管多用于衛(wèi)星通信地球�,在10吉赫下輸出功率可�(dá)14千瓦�38吉赫下達(dá) 1千瓦�

  3.多模行波管用于電子對抗系�(tǒng),可在多種脈沖狀�(tài)和連續(xù)波狀�(tài)下工作。多模行波管的脈升比(脈沖功�/連續(xù)波功率)�3�12分貝�

各類行波管

  4.印制行波管和小型行波管體積小、重量輕、成本低,適合于用量大的場合,如相控�?yán)走_(dá)�

  5.空間行波管是空間�(yīng)用的專用管型,特�(diǎn)是可靠性高、壽命長和效率高。通信�(wèi)星和電視直播�(wèi)星大多數(shù)采用空間行波管作�(fā)射管,壽命可�(dá)10年以��

特點(diǎn)

  行波管的特點(diǎn)是頻帶寬、增益高、動�(tài)范圍大和噪聲�。行波管頻帶寬度(頻帶高低兩端頻率之�/中心頻率)可�(dá)100%以上,增益在25�70分貝范圍�(nèi),低噪聲行波管的噪聲系數(shù)可達(dá)1�2分貝�

�(gòu)�

  行波管在�(jié)�(gòu)上包括電子槍、慢波電�、集中衰減器、能量耦合�、聚焦系�(tǒng)和收集極等部分(�1�。電子槍的作用是形成符合�(shè)�(jì)要求的電子注。聚焦系�(tǒng)使電子注保持所需形狀,保證電子注順利穿過慢波電路并與微波場發(fā)生有效的相互作用,由收集極接收電子注。待放大的微波信號經(jīng)輸入能量耦合器�(jìn)入慢波電�,并沿慢波電路行�(jìn)。電子與行�(jìn)的微波場�(jìn)行能量交換,使微波信號得到放�。放大后的微波信號經(jīng)輸出能量耦合器送至�(fù)��

行波管結(jié)構(gòu)圖

  1.電子�

  行波管常用的電子槍有皮爾斯平行流�、皮爾斯會聚�、高�(dǎo)流系�(shù)電子槍、陽控電子槍、柵控電子槍、無截獲柵控電子槍(�2�、低噪聲電子槍等�

  以脈沖方式工作的行波管可以采用控制陰極電壓的方法來實(shí)�(xiàn)對電子注的調(diào)�,稱為陰�。陰控需要配備大功率�(diào)制器,設(shè)備笨�、復(fù)雜,而且耗電量大。用附加�(diào)制陽極對電子注�(jìn)行控制,稱為陽控。陽控所需脈沖電壓也比較高。在陰極與陽極之間裝一個控制柵便構(gòu)成柵控電子槍。在這種情況�,僅用較低的脈沖電壓即可對電子注�(jìn)行控�,因而能減小�(diào)制器體積、重量和耗電��

  在柵控電子槍�,控制柵約截獲電子注電流�10%。當(dāng)行波管電子注功率較大時,控制柵耗散功率增大,致使柵極溫度升�、柵極電子發(fā)射增�、柵�(wǎng)變形甚至燒毀。為了解決這個問�,可以采用無截獲柵控電子�。無截獲柵控電子槍是在控制柵與陰極之間設(shè)置陰影柵,陰影柵與陰極同電位,結(jié)�(gòu)上與控制柵精確對�(zhǔn),從而使控制柵的截獲電流下降到總電流的千分之一以下。采用無截獲柵控電子槍不僅能提高柵控行波管的平均功率容量,而且能降低調(diào)制器的功��

無截獲柵控電子槍原理圖

  2.慢波電路

  電子注的直流速度決定于行波管的工作電�。行波管工作電壓�2.5千伏時,電子注直流速度約為自由空間電磁波速度(即光速)�10%;工作電壓為50千伏�,電子注直流速度約為自由空間電磁波速度�40%。為了使電子注同微波場產(chǎn)生有效的相互作用,微波場的相速應(yīng)略低于上述電子注的直流速度。因此,行波管中微波場的相速應(yīng)顯著低于自由空間中電磁波傳播速度。慢波電路就是減小微波場相速的裝置�

  在選定的工作模式�,慢波電路主要的特性和參量有色散特�、耦合阻抗等。色散特性表示在慢波電路中傳播的微波場的相速隨頻率變化的關(guān)�。用于寬頻帶行波管的慢波電路,在頻帶寬度�(nèi)相速隨頻率的變化應(yīng)盡量�,即色散較弱。這樣才能在整個頻帶寬度內(nèi)保證電子注與微波場相速之間的同步。耦合阻抗是表示電子注與微波場相互作用�(qiáng)弱的一個參量。耦合阻抗的量值越�,微波場與電子注的耦合越強(qiáng),電子注與微波場之間的能量交換越充分。此�,在�(shí)際應(yīng)用和生產(chǎn)中還要求慢波電路�(jī)械強(qiáng)度高、散熱性能好、結(jié)�(gòu)簡單、易于加��

  行波管常用的慢波電路有兩類:螺旋線型電路和耦合腔型電路(圖3�。螺旋線型慢波電路包括螺旋線、環(huán)桿線、環(huán)圈線�。螺旋線(圖3a)結(jié)�(gòu)簡單、色散弱,因而頻帶寬,缺�(diǎn)是散熱能力差,工作電壓高時易�(chǎn)生返波振�。螺旋線多用于寬頻帶、中小功率行波管,工作帶寬可�(dá)100%以上,I波段(8�10吉赫)、J波段�10�20吉赫)的螺旋線行波管脈沖功率已達(dá)10千瓦。環(huán)桿線(�3b)同螺旋線相比,耦合阻抗�、散熱能力強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度好、不易發(fā)生返波振�,但色散較強(qiáng)。環(huán)桿線工作電壓�10�30千伏,頻帶寬度為15%�20%,廣泛用于中功率行波�。環(huán)圈線(圖3c)抑制返波振蕩的性能較好,也已得到應(yīng)��

行波管中常用的慢波電路

  耦合腔型慢波電路包括休斯電路(圖3d�、三葉草電路(圖3e)等。它們的特點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高、散熱能力強(qiáng),適用于大功率行波管,但頻帶寬度比較�。采用休斯電路的行波�,脈沖功率在1至幾百千瓦,頻帶寬度�10%。脈沖功率在500千瓦以上的行波管,多采用三葉草電路。此外,行波管中采用的慢波電路還有交叉指型慢波線(亦用于O型返波管�、曲折線、卡普線等�

  3.集中衰減�

  輸入、輸出能量耦合器與慢波電路之間和慢波電路各部分之間,都�(yīng)有良好的阻抗匹配。匹配不佳會造成電磁波反�。反射波引起反饋,會�(dǎo)致行波管�(nèi)出現(xiàn)寄生振蕩。為避免這種振蕩,須在慢波電路的一定位置上�(shè)置集中衰減器。集中衰減器由損耗涂層或損耗陶瓷片�(gòu)�。在集中衰減器處,反射波被吸�,可�(dá)到消除反饋抑制振蕩的目的。雖然在集中衰減器中工作模式的微波場同樣也受到衰�,但電子注內(nèi)�(yè)已形成的密度�(diào)制將在下一段電路中重新建立起微波場�

  4.聚焦系統(tǒng)

  行波管中常用的聚焦方法是均勻永磁聚焦、倒向場聚�、周期永磁聚焦和均勻電磁聚焦�

  均勻磁場聚焦:最簡單的辦法是把整個電子注連同陰極都放入均勻磁場中,使電子�(yùn)動方向與磁力線平�,這就是均勻磁場聚�。均勻磁場聚焦分永磁和電磁兩種。磁場越�(qiáng),聚焦效果就越好。這種聚焦�(wěn)定性好,但聚焦系統(tǒng)太笨�,若用電磁螺旋線�,耗電也太��

  周期永磁聚焦:這是最輕便的磁聚焦方法。它適用于細(xì)長的電子�。周期永磁聚焦系�(tǒng)�(shí)際上是一系列極性正�(fù)相間串聯(lián)起來的磁透鏡,透鏡參量的選擇應(yīng)使周期磁場的聚焦力平均起來正好與電子注空間電荷的�(fā)散力相抵�。周期永磁聚焦分為徑向場聚焦(磁�(huán)徑向磁化)和軸向場聚焦(磁環(huán)軸向磁化)兩種。周期永磁聚焦方法的缺點(diǎn)是穩(wěn)定性較�,而且只適�(yīng)于細(xì)長的系統(tǒng)�

  倒向場聚焦:便磁鐵極性反�?qū)右淮位騼纱危ㄖ芷谟来啪劢故欠聪�(qū)佣啻危?,也能達(dá)到減小器件尺寸和減輕重量的目��

  5.收集�

  電子注在完成同微波場的相互作用后從慢波電路射�,打在收集極�。為了提高行波管的總效率,可以采用降壓收集極�

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