速調(diào)管

1937年，美國(guó)物理學(xué)家瓦里安，R.H.和S.F.瓦里安制出雙腔速調(diào)管振蕩器。反射速調(diào)管則是1940年由蘇聯(lián)工程師捷瓦科、丹尼爾捷維、布斯庫(kù)諾維和柯瓦連科分別研制成功的。

一、離子泵電流過(guò)大

發(fā)射機(jī)在開(kāi)機(jī)后，未上高壓前，觀看離子泵電流表的數(shù)值.因?yàn)檫@時(shí)只有離子泵電壓和燈絲電壓，可排除其它因素造成讀數(shù)不準(zhǔn).如果離子泵電流指示大而且不回落，此時(shí)管子應(yīng)該更換。但有的上機(jī)新管子離子泵電流大于20uA的，這時(shí)陰極處有磁鐵，將磁鐵去掉.如果繼續(xù)增長(zhǎng)(約10gA左右)，可判斷管子壞了。管子由于老化漏氣，造成管內(nèi)充滿(mǎn)氣體，破壞了管子正常工作的條件.

高壓線很臟也會(huì)使離子泵電流表頭大于10g^.如果擦干凈后還是很大，也說(shuō)明管子漏氣了.

二、體電流過(guò)大

一般速調(diào)管的體電流小于50mA，當(dāng)管子漏氣或散焦，體電流到100mA左右，正常情況下保護(hù)電路會(huì)動(dòng)作.造成體電流過(guò)大，大致有以下幾種原因:

(1)聚焦電流故障，造成電子束散焦;(2)激勵(lì)過(guò)大，使速調(diào)管工作在飽和狀態(tài);(3)電流過(guò)大電子束變粗;(4)運(yùn)輸不當(dāng)或安裝位置不處于水平，速調(diào)管有些變形或不直;(5)勵(lì)磁線圈不同心;(6)收集極或與其相連的器件觸地，也會(huì)造成體電流過(guò)大。從上可看出，體電流過(guò)大不一定是管子壞了，應(yīng)首先檢查勵(lì)磁電源、聚焦等外圍電路，減小激勵(lì).收集極對(duì)地電阻應(yīng)為5Q-7Q，零或太大都不合適，有時(shí)只要換上合適的電阻，故障即可排除，用不著換管子. 體電流大于100mA，管子的增益很低.如果保護(hù)電路有故障而失去保護(hù)作用，散焦的電子轟擊管壁某處，使之溫度升高，管子有灼燒的痕跡.

三、注電流小

在正常的控制電壓下注電流相對(duì)較小。剛開(kāi)機(jī)時(shí)還大一些，隨后越來(lái)越小.分析有兩種情況:(1)燈絲電壓過(guò)低，注電流就小.因電子被強(qiáng)行從陰極拉出，很容易將陰極拉壞，管子的注電流就下降;(2)管子使用壽命已超過(guò)廠家的標(biāo)稱(chēng)值(使用維護(hù)得當(dāng)，壽命可達(dá)幾萬(wàn)小時(shí))，陰極發(fā)射能力下降，增益低不能滿(mǎn)足播出要求。

四、一腔增益低

影機(jī)頻響曲線中間凹陷，怎么也調(diào)整不好，增益降低.圖像輪廓模糊，色彩不鮮.聲機(jī)情況類(lèi)似，也調(diào)不出理想頻響曲線.在管子使用壽命到期后，性能會(huì)正常衰退，有時(shí)表現(xiàn)為一腔增益下降。但燈絲電壓長(zhǎng)期過(guò)高，陰極材料蒸發(fā)過(guò)猛，會(huì)使一腔陶瓷的絕緣層變成導(dǎo)電氧化物，污染了陶瓷壁，導(dǎo)致一腔Q值下降.后一種情況是可以避免的.剛使用的速調(diào)管燈絲電壓為5V，工作600小時(shí)后，降低到4。盯再長(zhǎng)期使用.因?yàn)楹＞d陰極鋇激活以后，可以給出較高的放射能力.這時(shí)雖然燈絲電壓降低了，但放射電流并不降低，還可以延長(zhǎng)速調(diào)管的使用壽命.

五、三腔諧振頻率調(diào)進(jìn)帶內(nèi)過(guò)多

要求三腔的諧振頻率必須保持在通帶高端，如果調(diào)進(jìn)帶內(nèi)超出要求，速調(diào)管就會(huì)出現(xiàn)自激打火，開(kāi)裂漏氣.

六、四腔耦合過(guò)輕

四腔耦合不能小于50度。如果耦合太輕，反電勢(shì)會(huì)較強(qiáng)，將造成電子的二次回轟，四腔打火.打火時(shí)間長(zhǎng)了，陶瓷易開(kāi)裂漏氣，將管子打壞.

七、高整分壓電阻斷裂

高整分壓電阻斷裂，調(diào)制陽(yáng)極電位變成低電位，注電流猛增，腔體過(guò)熱.如果保護(hù)電路不靈，使管子打火過(guò)熱，將其打壞.

八、安放不平

有的臺(tái)站曾發(fā)生過(guò)由于管體小車(chē)的四個(gè)輪子安放不平，不在同一水平線上，長(zhǎng)期變形使用，造成管子裂縫.

九、冷卻不到位

速調(diào)管效率較低，在工作中需要散發(fā)大量熱量.冷卻水流、風(fēng)量大小都應(yīng)達(dá)到設(shè)備要求.如果冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障，水溫太高，風(fēng)量不足，電子槍的金屬與陶瓷封接處表面溫差超過(guò)限度，也會(huì)造成管子炸裂.

以上僅上判斷速調(diào)管壽命終了的幾個(gè)方面，還有一些沒(méi)有總結(jié)到.但有兩點(diǎn)一定注意:一是保護(hù)電路小盒要定期檢測(cè)，保證保護(hù)電路正常工作，這樣有許多故障可避免發(fā)生，不致使管子損壞;二是要正確使用，合理維護(hù)，才能大大延長(zhǎng)速調(diào)管的使用壽命.

在速調(diào)管中，輸入腔隙縫的信號(hào)電場(chǎng)對(duì)電子進(jìn)行速度調(diào)制，經(jīng)過(guò)漂移后在電子注內(nèi)形成密度調(diào)制;密度調(diào)制的電子注與輸出腔隙縫的微波場(chǎng)進(jìn)行能量變換，電子把動(dòng)能交給微波場(chǎng)，完成放大或振蕩的功能。

按照電子行進(jìn)的軌跡，速調(diào)管分為直射速調(diào)管和反射速調(diào)管兩類(lèi)，通常將直射速調(diào)管簡(jiǎn)稱(chēng)為速調(diào)管。

直射速調(diào)管在結(jié)構(gòu)上包括以下幾部分:電子槍、諧振腔、調(diào)揩系統(tǒng)、各腔之間的漂移管、能量耦合器、收集極和聚焦系統(tǒng)。具有兩個(gè)諧振腔的速調(diào)管稱(chēng)為雙腔速調(diào)管;具有兩個(gè)以上諧振腔者稱(chēng)為多腔速調(diào)管。

雙腔速調(diào)管僅有兩個(gè)諧振腔，即輸入腔和輸出腔。由電子槍產(chǎn)生的電子注首先到達(dá)輸入腔隙縫。輸入的微波信號(hào)經(jīng)能量耦合器送進(jìn)輸入腔，在諧振腔隙縫外形成微波信號(hào)電壓。在這里，電子注受到微波場(chǎng)的速度調(diào)制，然后進(jìn)入無(wú)場(chǎng)漂移管。在漂移過(guò)程中電子發(fā)生群聚，在電子注內(nèi)形成密度調(diào)制。密度調(diào)制的電子注與輸出腔隙縫的微波場(chǎng)進(jìn)行能量交換，電子把能量交給微波場(chǎng)，完成放大或振蕩的功能。

微波功率經(jīng)能量耦合器送至負(fù)載。

雙腔速調(diào)管增益僅為10分貝左右。為了提高增益，可以在輸入腔與輸出腔之間設(shè)置一個(gè)或多個(gè)中間腔，構(gòu)成級(jí)聯(lián)放大器。這種速調(diào)管稱(chēng)為多腔速調(diào)管)。引入中間腔還可以提高效率;若使各腔頻率略有差異，還可展寬頻帶。多腔速調(diào)管的特點(diǎn)是增益高、效率高、穩(wěn)定性好、輸出功率大，缺點(diǎn)是頻帶窄。多腔速調(diào)管的穩(wěn)定增益可達(dá)80分貝，效率最高可達(dá)75%，脈沖功率可達(dá)60兆瓦，連續(xù)波功率可達(dá)1兆瓦。頻帶一般僅有1%~2%，個(gè)別大功率脈沖速調(diào)管可達(dá)10%~12%。

電子群聚 電子從陰極發(fā)射出現(xiàn)以后受到高電壓的加速，到達(dá)輸入腔隙疑時(shí)所有電子的速度是一致的。待放大的微波信號(hào)進(jìn)入輸入腔，在隙縫上建立起微波信號(hào)電壓。隙縫上的電壓隨時(shí)間呈正弦變化。在不同時(shí)刻到達(dá)隙縫的電子，受到不同的瞬時(shí)電壓的作用。

電子槍 速調(diào)管常用的電子槍有陰控槍、陽(yáng)控槍、柵控槍、無(wú)截獲柵控電子槍和磁控注入式空心注電子槍(見(jiàn)行波管、強(qiáng)流電子光學(xué))。

諧振腔 常用的諧振腔有兩種:雙重入式圓柱形諧振腔和雙重入式角柱形諧振腔。圓柱腔用於固定頻率或調(diào)諧范圍小的速調(diào)管，利用電容片調(diào)諧。諧振腔可以裝在管外(外腔式速調(diào)管)或管內(nèi)(內(nèi)腔式速調(diào)管)。工作波長(zhǎng)較長(zhǎng)和頻帶較寬的速調(diào)管可做成外腔式。

輸入腔或輸出腔通過(guò)能量耦合器與管外微波系統(tǒng)相接。簡(jiǎn)單輸出腔的頻帶很窄，為展寬輸出電路的頻帶可采用濾波器型輸出電路和分布互作用電路(分布互作用速調(diào)管)或慢波電路輸出段(行波速調(diào)管)。

聚焦系統(tǒng) 速調(diào)管常用聚焦方法有均勻永磁聚焦、周期永磁聚焦、均勻電磁聚焦和靜電聚焦。

收集極 電子打在收集極上時(shí)，剩余動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。為導(dǎo)走熱量，大、中功率速調(diào)管收集極需要采用液冷、風(fēng)冷或蒸發(fā)冷卻。

直射速調(diào)管的應(yīng)用 連續(xù)波放大速調(diào)管應(yīng)用於對(duì)流層散射通信、微波接力通信、衛(wèi)星通信地面站、電視發(fā)射機(jī)、機(jī)載與地面雷達(dá)、微波工業(yè)加熱及將能量變成微波形式進(jìn)行傳輸?，F(xiàn)代連續(xù)波放大速調(diào)管工作頻率分布在220兆赫至36吉赫范圍內(nèi)，輸出功率從幾百瓦至1兆瓦。

脈沖放大速調(diào)管應(yīng)用於雷達(dá)、帶電粒子加速器。現(xiàn)代脈沖放大速調(diào)管工作頻率分布在 220兆赫至18吉赫范圍內(nèi)，脈沖功率從1千瓦至60兆瓦。

在直射速調(diào)管中，將一部分輸出功率反饋至輸入腔可構(gòu)成振蕩器，用於參量放大器、導(dǎo)航臺(tái)等。雙腔速調(diào)管可用於倍頻。

用來(lái)產(chǎn)生微波振蕩的單腔速調(diào)管。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，體積小，重量輕，電壓低，可機(jī)械調(diào)諧和電子調(diào)諧，參數(shù)隨環(huán)境溫度變化小，抗輻射能力強(qiáng)。反射速調(diào)管輸出功率為10毫瓦至2.5瓦，工作頻率在800兆赫至220吉赫之間，機(jī)械調(diào)諧范圍為1%~15%(毫米波管達(dá)40%)，電子調(diào)諧范圍為0.1%~1.0%。效率為20%~30%。反射速調(diào)管在結(jié)構(gòu)上包括陰極、諧振腔、反射極 和能量耦合器等部分。

電子從陰極發(fā)射出來(lái)，受到加速后穿過(guò)諧振腔隙縫。在隙縫外受到微波電場(chǎng)的速度調(diào)制，然后進(jìn)入諧振腔與反射極之間的減速場(chǎng)(反射極電位負(fù)於陰極)。在減速場(chǎng)作用下，所有電子都將被反射回來(lái)。受到速度調(diào)制的電子注，在減速場(chǎng)內(nèi)返轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中形成密度調(diào)制。當(dāng)電子注再次穿過(guò)隙縫時(shí)，群聚的電子把能量交給腔體微波場(chǎng)以維持振蕩。振蕩功率經(jīng)能量耦合器送至負(fù)載。電子被腔壁或其他金屬零件收集。

反射速調(diào)管廣泛用於小功率信號(hào)源、振蕩器和各種微波設(shè)備，但因半導(dǎo)體器件的競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)量有降低的趨勢(shì)。盡管如此，在80年代初它仍是微波電子管中生產(chǎn)數(shù)量最大的一種管型。

第1章 緒論……………………………………………………………………… 1

1.1 基本工作原理………………………………………………………… 2

1.2 速調(diào)管的分類(lèi)………………………………………………………… 5

1.3 速調(diào)管的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)……………………………………… 6

參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 18

第2 章 速調(diào)管的特性和工作參數(shù)…………………………………………… 21

2.1 速調(diào)管的性能指標(biāo)…………………………………………………… 21

2.1.1 速調(diào)管的主要特性…………………………………………… 21

2.1.2 速調(diào)管的副特性……………………………………………… 23

2.2 速調(diào)管的工作方式…………………………………………………… 26

2.2.1 調(diào)制方式……………………………………………………… 26

2.2.2 聚焦方式……………………………………………………… 27

2.2.3 冷卻方式……………………………………………………… 28

2.2.4 高頻輸入和輸出方式………………………………………… 29

2.2.5 安裝方式……………………………………………………… 29

2.3 速調(diào)管的工作參數(shù)…………………………………………………… 29

2.4 典型速調(diào)管的性能和工作參數(shù)……………………………………… 31

參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 33

第3 章 速調(diào)管的總體設(shè)計(jì)…………………………………………………… 34

3.1 微波電子系統(tǒng)對(duì)速調(diào)管性能的要求和總體設(shè)計(jì)考慮……………… 34

3.1.1 寬帶雷達(dá)系統(tǒng)用寬帶速調(diào)管(高脈沖功率應(yīng)用場(chǎng)合)………… 35

3.1.2 寬帶雷達(dá)系統(tǒng)用寬帶速調(diào)管(中等脈沖功率應(yīng)用場(chǎng)合)……… 36

3.1.3 窄帶雷達(dá)系統(tǒng)用速調(diào)管……………………………………… 37

3.1.4 中能粒子加速器用速調(diào)管…………………………………… 38

3.1.5 高能粒子加速器用速調(diào)管(特高脈沖功率應(yīng)用:正負(fù)電子

對(duì)撞機(jī)?同步光源) …………………………………………… 38

3.1.6 長(zhǎng)脈沖和連續(xù)波微波電子系統(tǒng)用速調(diào)管……………………… 39

3.1.7 通信、廣播系統(tǒng)和照射雷達(dá)用速調(diào)管(連續(xù)波應(yīng)用) ………… 40

3.1.8 導(dǎo)彈導(dǎo)引頭雷達(dá)用速調(diào)管(脈沖應(yīng)用) ……………………… 41

3.2 影響速調(diào)管性能的主要因素………………………………………… 41

3.2.1 輸出功率……………………………………………………… 41

3.2.2 效率…………………………………………………………… 42

3.2.3 瞬時(shí)帶寬……………………………………………………… 45

3.2.4 增益…………………………………………………………… 48

3.3 速調(diào)管總體設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………… 49

3.3.1 電子注參數(shù)…………………………………………………… 49

3.3.2 電子槍和聚焦磁場(chǎng)參數(shù)……………………………………… 52

3.3.3 電子注群聚參數(shù)和諧振腔參數(shù)……………………………… 54

3.3.4 速調(diào)管群聚段的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………… 58

3.3.5 速調(diào)管輸出段的設(shè)計(jì)………………………………………… 60

3.3.6 速調(diào)管的冷卻設(shè)計(jì)…………………………………………… 61

3.3.7 速調(diào)管環(huán)境適應(yīng)性和可靠性的設(shè)計(jì)………………………… 61

3.4 寬帶速調(diào)管的設(shè)計(jì)…………………………………………………… 61

3.4.1 電子注和諧振腔參數(shù)的選擇………………………………… 61

3.4.2 寬帶群聚段的設(shè)計(jì)…………………………………………… 66

3.4.3 寬帶輸出段的設(shè)計(jì)…………………………………………… 68

3.4.4 典型寬帶速調(diào)管實(shí)例………………………………………… 68

3.5 高效率速調(diào)管的設(shè)計(jì)………………………………………………… 73

3.5.1 速調(diào)管的二次諧波群聚……………………………………… 74

3.5.2 典型高效率速調(diào)管…………………………………………… 80

3.6 多注速調(diào)管的設(shè)計(jì)…………………………………………………… 82

3.6.1 影響多注速調(diào)管性能的主要因素…………………………… 83

3.6.2 多注速調(diào)管的設(shè)計(jì)考慮……………………………………… 86

3.6.3 多注速調(diào)管的設(shè)計(jì)舉例……………………………………… 90

參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 102

第4 章 陰極和熱子…………………………………………………………… 105

4.1 引言………………………………………………………………… 105

4.2 陰極的發(fā)射和蒸散特性…………………………………………… 106

4.3 氧化物陰極………………………………………………………… 108

4.4 浸漬陰極…………………………………………………………… 111

4.4.1 浸漬陰極的發(fā)展歷史………………………………………… 111

4.4.2 浸漬陰極的技術(shù)水平………………………………………… 113

4.4.3 影響浸漬陰極性能的因素…………………………………… 116

4.5 熱子和熱子組件…………………………………………………… 117

4.6 陰極在大功率速調(diào)管中的應(yīng)用…………………………………… 121

4.6.1 陰極在大功率速調(diào)管中的應(yīng)用情況………………………… 121

4.6.2 陰極發(fā)射不均勻性對(duì)電子注特性的影響…………………… 124

4.6.3 陰極使用需要注意的一些問(wèn)題……………………………… 124

參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 126

第5 章 電子槍和聚焦系統(tǒng)…………………………………………………… 129

5.1 引言………………………………………………………………… 129

5.2 電子槍的調(diào)制方式………………………………………………… 131

5.3 電子槍的耐壓……………………………………………………… 133

5.3.1 真空中電極間的耐壓………………………………………… 133

5.3.2 電子槍陶瓷絕緣段的耐壓…………………………………… 137

5.3.3 電子槍的打火和損壞………………………………………… 143

5.3.4 電子槍耐壓的計(jì)算模擬……………………………………… 145

5.4 電磁聚焦系統(tǒng)……………………………………………………… 146

5.5 均勻永磁聚焦系統(tǒng)………………………………………………… 148

5.5.1 筒形永磁聚焦系統(tǒng)-1 ……………………………………… 148

5.5.2 筒形永磁聚焦系統(tǒng)-2 ……………………………………… 149

5.5.3 修正筒形永磁聚焦系統(tǒng)……………………………………… 150

5.5.4 馬鞍形(yoke)永磁聚焦系統(tǒng)………………………………… 152

5.5.5 永磁材料…………………………………………………… 152

5.6 周期反轉(zhuǎn)永磁聚焦系統(tǒng)…………………………………………… 154

5.7 周期永磁聚焦系統(tǒng)………………………………………………… 156

參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 161

第6 章 諧振腔………………………………………………………………… 163

6.1 引言………………………………………………………………… 163

6.2 諧振腔的優(yōu)化設(shè)計(jì)………………………………………………… 164

6.2.1 諧振腔幾何形狀對(duì)特性阻抗的影響………………………… 164

6.2.2 漂移管頭的形狀和尺寸的選擇……………………………… 166

6.2.3 諧振腔特性的計(jì)算模擬……………………………………… 168

6.3 諧振腔與外電路的耦合…………………………………………… 169

6.3.1 諧振腔與同軸線的耦合……………………………………… 169

6.3.2 同軸窗的設(shè)計(jì)………………………………………………… 172

6.3.3 濾波器加載輸入腔的設(shè)計(jì)…………………………………… 173

6.3.4 諧振腔與波導(dǎo)耦合的計(jì)算…………………………………… 173

6.3.5 諧振腔與波導(dǎo)的耦合方式…………………………………… 175

6.4 諧振腔特性的測(cè)量………………………………………………… 176

6.4.1 諧振頻率和品質(zhì)因子的測(cè)量(中間諧振腔) ………………… 176

6.4.2 輸入和輸出諧振腔外觀品質(zhì)因子Qext的測(cè)量……………… 177

6.4.3 諧振腔特性阻抗的測(cè)量……………………………………… 181

6.5 諧振腔的加載……………………………………………………… 184

6.5.1 諧振腔腔壁涂覆微波衰減材料……………………………… 184

6.5.2 外接同軸負(fù)載………………………………………………… 185

6.5.3 外加吸收諧振腔……………………………………………… 186

6.6 諧振腔的調(diào)諧……………………………………………………… 188

6.6.1 電容調(diào)諧…………………………………………………… 189

6.6.2 電感調(diào)諧…………………………………………………… 190

6.6.3 復(fù)合調(diào)諧…………………………………………………… 191

6.6.4 調(diào)諧機(jī)構(gòu)對(duì)輸出腔外觀品質(zhì)因子Qext的影響……………… 191

6.7 諧振腔的散熱……………………………………………………… 191

6.7.1 輸出腔的高頻損耗…………………………………………… 192

6.7.2 漂移管頭散熱的分析………………………………………… 193

6.7.3 漂移管頭溫度的測(cè)量………………………………………… 195

6.8 諧振腔的高頻擊穿………………………………………………… 196

參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 198

第7 章 輸出電路……………………………………………………………… 200

7.1 引言………………………………………………………………… 200

7.2 濾波器加載寬帶輸出電路………………………………………… 202

7.2.1 濾波器加載寬帶輸出電路的設(shè)計(jì)方法……………………… 203

7.2.2 濾波器型寬帶輸出電路間隙阻抗-頻率特性的計(jì)算……… 208

7.2.3 濾波器型寬帶輸出電路的設(shè)計(jì)舉例………………………… 208

7.3 重疊模雙間隙耦合腔寬帶輸出電路……………………………… 212

7.3.1 設(shè)計(jì)方法…………………………………………………… 212

7.3.2 設(shè)計(jì)舉例…………………………………………………… 216

7.3.3 濾波器加載重疊模雙間隙耦合腔輸出電路的設(shè)計(jì)………… 218

7.4 濾波器加載雙間隙耦合腔寬帶輸出電路………………………… 221

7.4.1 耦合方式…………………………………………………… 221

7.4.2 設(shè)計(jì)考慮和設(shè)計(jì)步驟………………………………………… 223

7.4.3 設(shè)計(jì)舉例-1 ………………………………………………… 225

7.4.4 設(shè)計(jì)舉例-2 ………………………………………………… 227

7.5 多模寬帶輸出電路………………………………………………… 229

7.5.1 徑向耦合多腔輸出電路……………………………………… 229

7.5.2 雙頻諧振腔輸出電路………………………………………… 231

7.6 高峰值功率速調(diào)管的輸出電路…………………………………… 233

7.6.1 雙間隙耦合腔輸出電路……………………………………… 233

7.6.2 無(wú)耦合雙腔輸出電路………………………………………… 235

7.6.3 行波輸出電路………………………………………………… 236

7.7 輸出電路阻抗-頻率特性測(cè)量和調(diào)試…………………………… 237

7.7.1 濾波器加載寬帶輸出電路的間隙阻抗-頻率特性的測(cè)量

原理………………………………………………………… 237

7.7.2 雙間隙耦合腔輸出電路的間隙阻抗-頻率特性的測(cè)量原理…… 239

7.7.3 寬帶輸出電路阻抗-頻率特性的測(cè)量和調(diào)試方法………… 242

7.7.4 采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量寬帶輸出電路的阻抗-頻率特性…… 244

參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 246

第8 章 輸出窗………………………………………………………………… 249

8.1 引言………………………………………………………………… 249

8.2 輸出窗的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………… 251

8.2.1 盒型輸出窗的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………… 251

8.2.2 半波長(zhǎng)盒型窗(厚窗)的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………… 256

8.2.3 矩形波導(dǎo)窗的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………… 257

8.3 輸出窗的材料……………………………………………………… 259

8.4 輸出窗損壞和機(jī)理分析…………………………………………… 262

8.4.1 窗表面污染引起的輸出窗擊穿……………………………… 264

8.4.2 輸出窗諧振模式引起的輸出窗損壞………………………… 265

8.4.3 輸出窗結(jié)構(gòu)和工藝問(wèn)題引起的輸出窗損壞………………… 266

8.5 二次電子倍增效應(yīng)及其抑制……………………………………… 267

8.5.1 二次電子倍增效應(yīng)…………………………………………… 267

8.5.2 抑制窗片二次電子倍增的方法……………………………… 269

8.6 輸出窗的功率容量………………………………………………… 272

8.6.1 峰值功率的限制……………………………………………… 272

8.6.2 平均功率和連續(xù)波功率的限制……………………………… 273

8.7 輸出窗的高功率試驗(yàn)……………………………………………… 274

8.7.1 行波諧振環(huán)的基本原理……………………………………… 274

8.7.2 采用諧振腔法進(jìn)行輸出窗高功率試驗(yàn)……………………… 277

8.7.3 輸出窗高功率試驗(yàn)實(shí)例……………………………………… 279

8.8 提高輸出窗功率容量的方法和新型輸出窗……………………… 281

8.8.1 長(zhǎng)盒型窗…………………………………………………… 281

8.8.2 TE01模行波輸出窗…………………………………………… 283

8.8.3 TE11模喇叭形輸出窗………………………………………… 284

8.8.4 TWC(Traveling Wave in Ceramic)型窗……………………… 285

8.8.5 圓極化波盒型窗……………………………………………… 286

8.8.6 復(fù)合模行波窗………………………………………………… 287

8.8.7 TM01模輸出窗………………………………………………… 288

參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 290

第9 章 收集極和冷卻系統(tǒng)…………………………………………………… 294

9.1 引言………………………………………………………………… 294

9.2 計(jì)算流體與發(fā)熱面間熱交換的基本公式………………………… 296

9.3 風(fēng)冷收集極的設(shè)計(jì)………………………………………………… 300

9.4 水冷收集極的設(shè)計(jì)………………………………………………… 304

9.5 蒸發(fā)冷卻收集極的設(shè)計(jì)…………………………………………… 311

9.5.1 蒸發(fā)冷卻的基本原理………………………………………… 311

9.5.2 蒸發(fā)冷卻收集極的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………… 313

9.5.3 速調(diào)管蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)………………………………………… 316

9.6 速調(diào)管冷卻系統(tǒng)…………………………………………………… 317

9.6.1 冷卻液和水凈化系統(tǒng)………………………………………… 317

9.6.2 速調(diào)管冷卻表面和冷卻回路的腐蝕和污垢………………… 318

9.7 降壓收集極………………………………………………………… 319

9.8 收集極絕緣陶瓷的微波泄漏……………………………………… 323

9.9 收集極冷卻結(jié)構(gòu)的計(jì)算模擬……………………………………… 324

參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 326

第10 章 速調(diào)管的結(jié)構(gòu)和工藝……………………………………………… 328

10.1 引言………………………………………………………………… 328

10.2 電子槍結(jié)構(gòu)和制備工藝…………………………………………… 329

10.3 高頻互作用電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備工藝………………………… 332

10.4 諧振腔和調(diào)諧機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)………………………………………… 335

10.4.1 調(diào)諧機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)…………………………………………… 336

10.4.2 信道調(diào)諧機(jī)構(gòu)……………………………………………… 338

10.4.3 速調(diào)管的調(diào)諧步驟………………………………………… 339

10.5 輸出窗的結(jié)構(gòu)和制備工藝………………………………………… 340

10.6 鈦泵和吸氣劑……………………………………………………… 343

10.6.1 鈦泵………………………………………………………… 343

10.6.2 吸氣劑……………………………………………………… 346

10.7 微波衰減材料和涂覆工藝………………………………………… 347

10.8 速調(diào)管材料及其特性……………………………………………… 348

10.8.1 常用金屬材料及其物理特性……………………………… 349

10.8.2 焊接材料…………………………………………………… 352

10.9 速調(diào)管烘烤和排氣工藝…………………………………………… 354

10.10 速調(diào)管的加工和制備工藝……………………………………… 358

10.10.1 速調(diào)管零件的設(shè)計(jì)和加工………………………………… 358

10.10.2 速調(diào)管部件的裝配和焊接工藝…………………………… 361

10.10.3 陰極和熱子的制備工藝…………………………………… 363

10.10.4 速調(diào)管總裝配和烘烤排氣工藝…………………………… 365

10.10.5 純鐵的防腐工藝…………………………………………… 366

10.11 真空衛(wèi)生………………………………………………………… 366

參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 368

第11 章 速調(diào)管的測(cè)試、老練和使用………………………………………… 370

11.1 速調(diào)管測(cè)試系統(tǒng)…………………………………………………… 370

11.2 電源和調(diào)制器……………………………………………………… 371

11.2.1 線性調(diào)制器………………………………………………… 371

11.2.2 剛管脈沖調(diào)制器…………………………………………… 373

11.2.3 浮動(dòng)板脈沖調(diào)制器和調(diào)制陽(yáng)極脈沖調(diào)制器………………… 374

11.2.4 固態(tài)開(kāi)關(guān)調(diào)制器…………………………………………… 376

11.2.5 高壓直流電源……………………………………………… 377

11.3 速調(diào)管直流特性的測(cè)試…………………………………………… 378

11.3.1 低壓發(fā)射特性的測(cè)量……………………………………… 378

11.3.2 冷高壓老練………………………………………………… 379

11.3.3 熱高壓老練和直流特性的測(cè)試…………………………… 380

11.3.4 多注速調(diào)管高壓老練和直流特性的測(cè)試…………………… 382

11.4 速調(diào)管高頻特性的測(cè)試…………………………………………… 384

11.4.1 輸出功率、效率和增益特性的測(cè)試………………………… 384

11.4.2 相位噪聲的測(cè)量…………………………………………… 387

11.4.3 相位靈敏度的測(cè)試………………………………………… 388

11.4.4 微波包絡(luò)和輸出頻譜特性的測(cè)量………………………… 390

11.5 微波大功率測(cè)量和大功率負(fù)載…………………………………… 391

11.6 負(fù)載失配對(duì)速調(diào)管性能的影響…………………………………… 395

11.6.1 負(fù)載失配對(duì)輸出電路間隙阻抗的影響……………………… 397

11.6.2 負(fù)載失配對(duì)速調(diào)管效率的影響…………………………… 398

11.7 速調(diào)管的使用……………………………………………………… 400

11.7.1 速調(diào)管的安裝和連接……………………………………… 401

11.7.2 速調(diào)管工作參數(shù)和工作狀態(tài)的設(shè)定……………………… 402

11.7.3 速調(diào)管的保護(hù)和加電程序………………………………… 403

11.7.4 速調(diào)管的工作環(huán)境和貯存條件…………………………… 405

11.7.5 典型速調(diào)管的說(shuō)明書(shū)……………………………………… 405

11.8 X 射線輻射和微波泄漏的防護(hù)…………………………………… 409

11.8.1 X 射線輻射的防護(hù)………………………………………… 409

11.8.2 微波泄漏的防護(hù)…………………………………………… 411

參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 412

第12 章 速調(diào)管的振蕩和不穩(wěn)定性………………………………………… 414

12.1 引言………………………………………………………………… 414

12.2 電子槍區(qū)的二極管振蕩…………………………………………… 415

12.2.1 主要實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象……………………………………………… 415

12.2.2 振蕩的機(jī)理分析…………………………………………… 417

12.2.3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析…………………………………………… 419

12.2.4 二極管振蕩的計(jì)算機(jī)模擬………………………………… 420

12.2.5 二極管振蕩的抑制方法…………………………………… 421

12.3 寬帶速調(diào)管中的諧振腔高次模振蕩……………………………… 422

12.3.1 主要物理現(xiàn)象……………………………………………… 422

12.3.2 振蕩原因的分析…………………………………………… 424

12.3.3 消除振蕩的途徑…………………………………………… 425

12.3.4 高次模式振蕩對(duì)速調(diào)管輸出頻譜特性的影響……………… 426

12.4 雙間隙耦合腔寬帶輸出電路的振蕩……………………………… 427

12.4.1 π 模雙間隙耦合腔的振蕩問(wèn)題…………………………… 427

12.4.2 2π 模雙間隙耦合腔中的振蕩和雜譜……………………… 428

12.4.3 抑制振蕩和降低雜譜電平的方法………………………… 430

12.5 漂移管振蕩和相鄰諧振腔耦合引起的振蕩……………………… 435

12.5.1 漂移管振蕩………………………………………………… 436

12.5.2 相鄰諧振腔耦合引起的振蕩……………………………… 437

12.6 二次電子和反射電子引起的雜譜和振蕩………………………… 438

12.6.1 多注速調(diào)管中的雜譜……………………………………… 438

12.6.2 收集極電子返流引起的振蕩……………………………… 441

12.7 速調(diào)管的離子噪聲和不穩(wěn)定性…………………………………… 443

參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 444

第13 章 速調(diào)管的可靠性和壽命…………………………………………… 446

13.1 速調(diào)管故障類(lèi)型…………………………………………………… 446

13.2 速調(diào)管可靠性和壽命的評(píng)估……………………………………… 447

13.3 速調(diào)管的故障模式和壽命………………………………………… 449

13.4 速調(diào)管故障模式分析……………………………………………… 455

13.5 速調(diào)管可靠性設(shè)計(jì)和試驗(yàn)………………………………………… 459

13.5.1 速調(diào)管穩(wěn)定性……………………………………………… 459

13.5.2 環(huán)境適應(yīng)性的設(shè)計(jì)………………………………………… 460

13.5.3 可靠性試驗(yàn)………………………………………………… 461

13.6 速調(diào)管的貯存故障………………………………………………… 463

13.6.1 故障的描述………………………………………………… 463

13.6.2 故障的分析和解決方法…………………………………… 464

參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 465

第14 章 典型速調(diào)管………………………………………………………… 467

14.1 高峰值功率速調(diào)管………………………………………………… 467

14.2 連續(xù)波和高平均功率速調(diào)管……………………………………… 469

14.3 雷達(dá)用大功率速調(diào)管……………………………………………… 471

14.4 多注速調(diào)管………………………………………………………… 474

14.5 通信廣播用連續(xù)波速調(diào)管………………………………………… 476

14.6 電視廣播用速調(diào)管………………………………………………… 477

14.7 感應(yīng)輸出管………………………………………………………… 478

參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 479

大功率速調(diào)管是一種高功率微波真空電子器件，作為高功率微波電子系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的末級(jí)功率放大器，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通信、電視廣播、電子對(duì)抗、粒子加速器、等離子體加熱裝置等領(lǐng)域，是軍用和民用微波電子系統(tǒng)的關(guān)鍵電子器件。本書(shū)吸取國(guó)內(nèi)外相關(guān)單位在研制大功率速調(diào)管方面取得的研究進(jìn)展，對(duì)速調(diào)管的總體和關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)、速調(diào)管結(jié)構(gòu)和制備工藝、速調(diào)管測(cè)試和使用等方面作比較系統(tǒng)的論述。

本書(shū)適用于從事大功率速調(diào)管研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)以及大功率微波電子系統(tǒng)的研制和使用、真空電子學(xué)領(lǐng)域的科研和教學(xué)人員以及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的研究生。對(duì)從事其他類(lèi)型大功率微波真空電子器件、粒子加速器和等離子體加熱裝置研究和應(yīng)用的相關(guān)人員也有參考價(jià)值。

丁耀根，男，江蘇武進(jìn)人，1942年5月生，1965年7月畢業(yè)于南京大學(xué)物理系無(wú)線電電子學(xué)專(zhuān)業(yè)，同年進(jìn)入中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所工作，現(xiàn)為該所研究員、博士研究生導(dǎo)師，大功率微波器件中心總工程師，國(guó)際電氣與電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE)高級(jí)會(huì)員。