文档介绍：实验六微波速调管的特性
和反射谐振腔微扰法
0 前言
微波速调管是一种常见的微波电子管,一般用作实验室的小功率微波振荡器。也是微波信号源的核心部分。本实验采用反射式速调管做微波信号源,经过通过式腔使学生熟悉速调管的原理、工作特性和使用方法。
1 实验目的
,了解反射速调管振荡的基本原理。
。
。
2 原理
反射速调管的工作原理
图(6—1) 反射式速调管结构示意图
反射速调管的结构如图(6—1)所示,主要有三个部分:①电子枪(阴极):它由灯丝,阴极和聚束极组成,用来发射电子,形成电子束。②谐振腔:是由上、下栅网和金属侧壁组成的环形空腔,它相对于阴极处在正电位,用来加速电子,电磁振荡就是在谐振腔里产生的。调节管子外面的调谐螺灯,微调栅网间距d,可以改变其谐振频率。微波功率由耦合环经同轴线探针输出到波导。③反射极:相对于阴极处在负电位,反射极与谐振腔上栅网之间的空间是电子的反射空间。反射极除了加有相对于阴极为负的直流电压外,还可以用低频的方波、锯齿波电压对速调管进行调制。
从阴极发射的电子,经过谐振腔栅网时,受到谐振腔交变场的作用,在交变场的正半周内,电子受到加速,电场能转变为电子的动能,在负半周内,电子受到减速,动能转变为电场能,栅网上的交变电压对电子流进行了速度调制。
经过速度调制的电子流以不同的速度进入反射空间后,受到反射极电场的作用返回谐振腔。速度大的电子需要较长的时间飞越较长的距离才返回栅网;速度小的电子返回栅网所需的时间短,飞行的距离也短。选择适当的反射极电压,可使速度不同的电子同时返回栅网,形成一群群密度不均匀的电子流,这也称为电子群聚现象,如图(6—2)所发的电子,它的渡越时间为:
= (6-1)
其中为谐振腔电压,为反射极电压,为电子质量,为电子电量。若要使群聚的电子把最大的能量传递给谐振腔的微波场,电子群应被交变电压减速。条件是电子的渡越时间应为个振荡周期,即极大能量激励的条件是:
=(+ n ) n =0,1,2,3,··· (6-2)
这表明,适当调节和,可以使电子群返回谐振腔时受到电场的最大减速,微波场从电子束获得最大能量,从而使谐振腔的微波场逐步增强,并能输出一定的功率。
图(6—2) 电子的群聚过程

谐振腔电压一定时,反射极电压只有取某些特定值时,速调管才会振荡,它们相应于公式(6—2)中不同的n值,称为振荡模。在每一个模内,输出功率与振荡频率都将随而改变,如图(
6—3)所示。在模中心,输出功率最大,振荡频率就是谐振腔的固有频率,不同模的输出特性亦不同,我们称输出最大的模为最佳振荡模。
图(6—3) 反射速调管的输出特性
反射速调管有三种工作状态:连续振荡、方波调幅和锯齿波调频。在反射极上只加直流负电压时,则使速调管工作在连续振荡状态,调节负电压可使速调管工作于某个振荡模。

图(6—4)(a) 方波调幅图(6—4) (b)锯齿波调幅
反射极上除了直流电压外再加上方波电压时,可使速调管工作在方波调幅状态,信号的功率幅度被调制,如图(6—4)所示,调节方波幅度及反射极电压。使方波顶部调在振荡模的中心点上,方波底部处在模外,且不进入相邻模区,则获得的被