实验十六微波速调管的工作特性和博导工作状态

1 实验十六 反射式速调管工作特性和波导的工作状态 【实验目的】 1.熟悉微波测试系统中各种常用的微波器件的原理及使用方法。 2.了解速调管振荡的基本原理。 3.观察和测量速调管的工作特性曲线。 4.掌握微波测试系统中频率、驻波比、功率等基本参量的测量方法。 【实验仪器】 3cm 波段速调管振荡器、常用波导元件、微波测量线、波长计、示波器和选频放大器等。 【实验原理】 一. 反射式速调管工作原理及工作特性 反射式速调管的结构原理图如图 1 所示。当电源接通时，从阴极出发并经聚焦电极形成的电子束，受其前方带正电的谐振腔吸引，通过该腔底部由两片金属栅网构成的间隙，使腔中产生富有谐波的冲击电流，与腔体谐振的谐波分量便被腔体选出，在两栅之间便出现谐振频率的交变电场。通过其间的电子，在正半周得到加速，负半周得到减速，即发生“速度调制”。被加速的电子离开其后面被减速的电 子，并赶上其前面被减速的电子，形成一蔟蔟 图 1 反射式速调管的结构原理图 的电子团，即形成电子的“群聚”。经过群聚的电子团继续前进，受到前方带负电压的反射极的排斥而逐渐减速，终于反向折回，又返回向栅区前进。假如反射极的负电压的大小合适，使返回经过栅间的电子团正好被栅间交变电场减速，则电子团将把得自直流加速电源的一部分能量交给谐振腔中的交变电场；只要交出的能量足以补偿腔体的损耗，便可维持上述频率的振荡。据计算知：只要反射极电压 U R值正好使电子在反射区域往返的渡越时间为： 图 2 反射式速调管输出特性 2 Tn)43( 则腔体获得的能量最大，振荡就最强，输出功率最大。当UR向某个最佳值两旁偏离时，振荡便逐渐减弱而终致停振。直到UR进一步变化到满足另一个整数n的条件时，便又出现另一个振荡区域。所以随着反射极电压的连续变化，会出现若干个不同的振荡区，如图2 所示。从图2 中可以看出： （1）在模中心，输出功率最大，对应的频率称之为中心频率，通常又叫做速调管的工作频率。各振荡模的中心频率相同。对应于最大输出功率的振荡区域，被称为最佳振荡区域（即最佳模）。 （2）当反射极电压在振荡模区域内微调时，不仅输出功率变化，而且振荡频率也在中心频率的左右作微小变化。即速调管振荡器频率可通过改变反射极电压而进行“电子调谐”，但该种调谐的范围一般只有数十兆赫，只起了频率微调的作用。 一个振荡模的半功率点所对应的频率宽度，称为该振荡模的“电子调谐范围”（21f...