微波器件原理复习

第一章：1.微波电真空器件的概念：微波电真空器件是指在真空状态下，利用带电粒子在电极间运动过程从而实现微波信号的振荡或放大的一种系统。人们习惯往往也把利用带电粒子在特定气体中的运动而产生的放大或转换的器件归结为电真空器件。2.微波管的分类：静态控制（微波三，四极管），动态控制（线性注器件，正交场器件），相对论器件（快波器件，相对论传统微波管，相对论新型管），其他新型器件。3.带宽：冷带宽是指高频结构本身的某一通频带范围，或者是能满足相速基本不变的范围。热带宽是指在高频系统中引入电子注以后以输出功率或增益来确定的带宽。微波管的带宽肯定是热带宽。4.脉冲功率和重复脉冲平均功率：脉冲功率则是在一个调制脉冲的持续时间τ内微波功率的平均值，即0()ppptdt。5.微波电真空器件的主要组成部分：分为三部分：电子枪是产生电子注并赋予电子注直流能量的机构。高频系统是电子注交出直流能量而使高频场富哦的能量被放大的机构。收集极与输出装置是收集作用过的电子注并输出高频能量机构。6.什么是感应电流，如何计算平板二极管的感应电流：是运动的电荷在外电路感应产生的dvqiind7.微波谐振腔中作用场的建立：P317与电子流作用交换能量的高频场是电子流通过间隙时自己建立的。在实际微波管中，谐振腔可以等效成一个LRC谐振电路，当有电子流I穿过间隙时，在LRC谐振电路中将有感应电流流通，在R上产生电压降，在间隙上建立起一个阻止电子流前进的拒斥场，是电子流的速度降低。由于通过间隙的电子流是密度调制电子流，包含有交变分量在谐振电路中激励起的感应电流也含有交变分量，经过LC谐振电路后，在R上产生交变电压降，因而在间隙上建立起高频交变电压即在谐振腔内产生高频场。第二章微波电真空器件的高频结构1．速调管的高频结构是什么：输入谐振腔，漂移管和输出谐振腔2.磁控管的高频结构是什么：慢波线型3.微波电真空器件的高频结构分类：微波电真空器件高频系统可以分为谐振腔型和慢波线型两大类。4.速调管的带宽与哪些参量有关：高频结构的功率，如果高频结构是谐振腔，那么谐振腔的品质因数越高，那么器件频带就越窄。5.单腔回旋管的高频结构：开放式波导谐振腔6.慢波产生的条件：(1)对ck的要求：由麦克斯韦方程得.222ckk在传播条件下，22,ckkj上式成为222ckk，对于慢波系统，只要满足条件20ck的传输线才能成为曼波系统。（2）对场分布的要求：在直角坐标系中，如果22220,0xyxykkkk且则是慢波，就要求在直角坐标系中横向波数xykk或至少有一个必须为虚数，相应其场的分布亦为由周期性的三角函数变为非周期性的双曲函数。圆柱坐标系中：电磁场沿径向的分布也具有近似周期性正负变化的贝塞尔函数变成了非周期性的变态贝塞尔函数。（3）对表面阻抗的要求：至少有一个表面的表面阻抗不为零。7.慢波系统色散曲线的基本特点(P339)：慢波系统的色散曲线主要的有三种：一.直接把电磁波相速pv与频率f（或波长）的关系画成曲线，直观，相速的变化情况一目了然，缺点是曲线不能反映出群速的大小及群速与频率的关系。另外，在慢波系统的理论研究中，所得到的色散方程也就往往并不是pv和f的显函数。如果图中相速随频率没有变化，代表无色散波，曲线具有/0(/0)ppdvdfdvd的特征，称为异常色散或反常色散。如果曲线/0(/0)ppdvdfdvd的特征，称为正常色散。二，把色散关系画成自由空间波数k与相位常数的关系曲线，并称为布里渊图，优点,由于/,/pkcv，因而曲线上任意一点的纵坐标与横坐标之比，或者说曲线上任一点与坐标原点的连线与横坐标夹角的正切，就是/pvc，我们称为慢波比，二曲线上任一点的切线的斜率//gdkdvc。由于纵坐标直接正比于频率，故布里渊图不仅给出了相速与频率的关系，而且给出群速与频率的关系。布里渊图同时也给出了相速与群速的关系。8.什么是空间谐波，空间谐波的相速和群速的关系以及它们之间的关系：在周期系统中传播的波，由于结构空间周期性，波的场分布也具有周期性，因而可分解成无数个谐波，这些谐波称为空间谐波。空间谐波的相速001ppnpnvvnL，群速10ngnggnvvv，由此可见，各空间谐波具有不同的相速，它随谐波次数号数n的不同而改变：但同一模式的所有空间谐波群速相同，都等于基波。它们之间的关系当相速与群速同号时，为前向波，相速与群速反向为反波9.耦合阻抗的概念，物理意义和计算：22()2zmncnnEkP：耦合阻抗是慢波系统的另一个重要参量，由于电子注是与慢波线上的纵向电场发生作用，所以耦合阻抗取决于系统中传输的功率流于纵向电场之间的关系定义为耦合阻抗。物理意义为：高的耦合阻抗表征慢波系统的色散情况。对于正常色散，色散越强烈，群速越小，耦合阻抗越高。对于异常色散，色散越强，耦合阻抗越低。10.空间谐波与时间谐波的区别：（a）空间谐波是场的幅值在空间（z向）具有非间谐的周期性而引起的；而时间谐波则是场幅值在时间上具有非简谐的周期性（脉冲波）而引起的；（b）空间谐波都具有相同的频率w，但具有不同的相位常数n和相同的群速gv：时间谐波则有不同的频率，在色散系统中相速也不同，一般情况下群速相同；（c）由空间谐波合成的场在时间上仍是简谐变化的并不存在谐波。11.螺旋线慢波系统中如果假设电磁波沿螺旋线传输，可以得到电磁波的相速为sinpvc，其中为螺旋角，c为自由空间的光速，是否可以认为电磁波真空地沿螺旋线传输，假设电磁波沿螺旋线传输的合理性在哪：可以这样认为；其合理性在P347关于螺旋线的螺旋导电面模型。12.慢波系统的通带，阻带，和禁区的概念，阻带和禁区的共同点和不同点是什么：电磁波传输的区域成为通带。电磁波不能传播的区域成为阻带。禁区是指nk的区域，即快波区。共同点与不同点见书P355.1，禁区是指nk的区域，即快波区，对开敞系统，快波不能传播，成为辐射场，因而成为禁区；而阻带是周期系统形成全驻波，不存在传播波的频率范围。2，对开敞周期系统，既有禁区，每个模式也会有阻带；对封闭周期系统，不仅能传播慢波，也可以传播快波，因而不存在禁区但阻带仍存在3，均匀慢波系统，只要是开敞性的，就会存在禁区而这时因为没有考虑其周期性，因而不会有阻带。13.正色散与负色散的感念：如果相速与群速同号方向一致为正色散，如果相速与群速反号且方向相反为负色散。14.正常色散与异常色散的概念：频率越高相速越大称为异常色散，频率越高相速越小称为反常色散。15.耦合腔慢波系统与螺旋线慢波系统的特点：耦合腔慢波系统的特点在1，耦合腔慢波结构是全金属结构，不需介质支撑，导热性能好，功率容量大，适合大功率行波管应用，但频带较窄。2，耦合孔位于靠近管壁电流和磁场最强（对TM010模）的位置，因而这种缝隙耦合式磁耦合，或称电感耦合，系统腔体之间的耦合主要靠这些耦合孔实现，膜片中心孔德耦合可以忽略不计3，系统的基波是返波，其通带两端的截止频率是：cc,0。4，漂移管的存在不仅使TM01模截止，且使作用间隙的纵向电场更加集中，还增加了其沿轴线分布的非正弦性，以增加空间谐波分量，从而提高了-1次谐波的耦合阻抗。5，电子注通道与系统中的慢波传输通道时分开的，前者由漂移管承担，后者则由耦合孔完成，耦合主抗的大小主要由漂移管的形状和尺寸确定，而通频带的宽窄则主要取决于耦合孔的位置、形状和尺寸。螺旋线慢波系统的特点：结构简单，加工方便，频带极宽，色散很弱，在中小功率行波管中被普遍采用16.耦合腔慢波系统腔通带的低端截止频率是由什么确定的：是由2.405cka决定的，与b无关，也就是由圆盘加载波导或圆柱谐腔形成的横向振荡状态所确定的。第三章1.主要的线性注微波管速调管，行波管，返波管。2.速调管工作原理，主要结构及各部分功能工作原理：利用电子注在通过谐振腔间隙时，受到高频场作用产生速度调制，然后再漂移管中利用渡越时间效应形成密度调制，将电子注的直流能量转换成高频能量。密度调制的电子注与输出腔隙缝的微波场进行能量变换，电子把动能交给微波场，完成放大或振荡的功能。由电子枪，高频结构（输入、输出谐振腔，漂移管），能量输入、输出装置，收集极和聚焦系统。电子枪产生密度均匀的电子注；电子注在高频系统中完成于高频场的能量交换，将自身的直流能量部分地交给高频场使微波信号得到放大；飞出高结构的电子流最后打上收集极并在收集极上以热能的形式消耗掉剩余的能量；为了防止电子注因空间电荷力而扩散，聚焦系统可以使电子注保持一定直径而不致打上高频结构。3.速调管的速度调制和密度调制完成的过程P378电子枪产生密度均匀的电子注，电子注受到电子枪样机的加速，以一定的速度通过输入谐振腔的高频间隙。微波信号输入输入谐振腔，在高频间隙上产生高频交变电压，当均匀的电子注通过间隙时，在高频电压正半周时对通过的电子加速，副半周时使通过的电子减速，且加速或减速的多少亦与高频电压的瞬时大小对应，这样在电子注离开高频间隙时速度已不再均匀，电子速度受到了调制。电子注离开间隙进入漂移管时，他们之间的相对位置还没有来得及改变，即电流密度还是均匀的。由于漂移管时一个等电位空间，速度已受到调制的电子在漂移管中作惯性运动，引起速度不等的电子之间发生追赶现象，使电子注变得有稀有密，不再均匀电子注由速度调制变成了密度调制。4.电子注在离开速调管输入间隙时速度的计算公式)2sin(110ddtvvv002Vmev0vdd为间隙的直流渡越角01121vMv电压调制系数：01VVm电子注与输入间隙的耦合系数：2/)2/sin(1ddMmV1为高频电压幅值0V为阳极直流电压总写2/11010)2sin(2/)2/sin(12dddmdtVVVmev5.耦合系数的物理意义和表达式耦合系数描述的是间隙中高频场对电子注作用的有效程度或与电子注的耦合程度，它是反映间隙高频场对电子注速度进行调制的特性的一个重要物理量。sin(/2)(/2)dddM6.速调管电子群聚相位表达式和相位图P385表达式：)sin(2110101102tvlMVVtvltm7.群聚参量的计算和物理意义群聚参量表示电子注群聚能力的一个参量11010011XM22mVMV8.电子群聚过程中电流为无穷大的物理意义是什么在很小间隔时间内进入漂移空间的电子，将在无限小的间隔内离开漂移空间，或者说，他们几乎同时达到输出谐振腔，对应瞬时电流密度将无限大。9.速调管最佳管长的计算（利用基波和二次谐波工作）00121.84ptvlM10.双腔速调管的最大理论效率多少82.5%11.理论上速调管输入腔和输出腔的谐振频率有什么关系相同12.速调管的工作条件13.行波管的基本结构电子枪，聚焦系统，慢波结构，输入输出装置，收集极14.行波管的工作原理和有效工作条件有效工作条件：电子的直流运动速度应比沿慢波电路行进的微波场的相位传播速度(相速)略高﹐称为同步条件。P405工作原理：输入的微波信号在慢波电路建立起微弱的电磁场。电子注进入慢波电路相互作用区域以後﹐首先受到微波场的速度调制。电子在继续向前运动时逐渐形成密度调制。大部分电子群聚于减速场中﹐而且电子在减速场滞留时间比较长。因此﹐电子注动能有一部分转化为微波场的能量﹐从而使微波信号得到放大。15.行波管和速调管工作原理上的区别行波管中，速度调制、群聚和能量转换时同时发生的，微波场与电子注的相互作用和能量转换是在整个慢波线区连续进行的。16.行波管中，电子交出净能量时，电子直流速度和电磁波相速的关系电子直流速度大于电磁波相速17.行波管的振荡有哪些自激振荡分为：反射振荡，返波振荡，带边振荡18.返波管的注波互作用条件相位条件:自激振荡相位满足：,......2,1,02NNnLvnLvbp式中n为反馈回路所包围的慢波线周期数，pv为慢波电路上的电磁波的相