第二章微波电真空器件的高频结构..pptx

微波电真空器件国家级重点实验室第二章微波电真空器件的高频结构主讲人：段兆云 教授E-mail：zhyduan@uestc.edu.cn电子科技大学物理电子学院微波电真空器件国家级重点实验室目 录2.1 概论2.2 慢波系统的一般特性2.3 Helix慢波系统2.4 耦合腔SWS电子科技大学物理电子学院微波电真空器件国家级重点实验室目 录2.1 概论2.2 慢波系统的一般特性2.3 Helix慢波系统2.4 耦合腔慢波系统电子科技大学物理电子学院微波电真空器件国家级重点实验室2.1 概论2.1.1 微波管的高频结构（系统）（1）定义 能够建立起特定的电磁场并实现电子注与高频场有效的能量交换的机构。（2）作用 微波电真空器件中电子注与高频场相互作用进行能量交换以实现微波振荡或放大的场所。电子科技大学物理电子学院微波电真空器件国家级重点实验室2.1 概论 （3）高频系统的特点 谐振腔型高频系统 慢波线型高频系统 谐振腔型高频系统的特点： a）高频场在谐振腔中建立的是驻波场，电子注只有在通过谐振腔的间隙时才与场发生相互作用； b）由于谐振腔的频率选择性作用，或者说是谐振腔的谐振频率是分离的一系列的频率点，因此利用谐振腔微波电真空器件的高频系统电子科技大学物理电子学院微波电真空器件国家级重点实验室2.1 概论作为高频系统的器件必然是窄频带器件，谐振腔的品质因数越高，器件的频带越窄。 c）谐振腔全部由金属封闭形成，只在电子注通过的的地方和微波能量输入输出的地方才开孔，因此它的导热性能好，热耗散能力强，可以实现大功率的输出。 慢波线型高频系统的特点： a）高频场在慢波线上建立的是行波场，电子注在通过慢波线的整个过程中与行波同步，始终发生相互作用。电子科技大学物理电子学院微波电真空器件国家级重点实验室2.1 概论由于电子注的速度只能小于光速，因此行波在高频系统上的相速也必须小于光速，才能与电子注保持同步，所以行波是慢波，传输慢波的高频系统也必须是慢波系统。 b）弱色散的慢波结构比如螺旋线可以具有十分宽的工作频带，带宽可以达到几个倍频程，当然强色散的慢波线比如耦合腔链带宽要窄的多，只能与谐振腔型高频系统的带宽想比拟。 c）弱色散的慢波结构往往是一种开敞式的结构，它电子科技大学物理电子学院微波电真空器件国家级重点实验室2.1 概论需要介质支撑固定在器件内部，因而热传导能力低，能承受的功率容量小，其输出功率一般要比谐振腔型高频系统的器件低一个数量级甚至更多。而强色散的慢波结构如果是全金属结构，没有介质支撑，能与谐振腔高频系统相仿，输出同样的高功率。电子科技大学物理电子学院微波电真空器件国家级重点实验室2.1 概论2.1.2 分类（1）谐振腔型高频系统，其特点为： （a）驻波场，间断互作用。 （b）窄带 （c）功率容量大（热传导性能好，热耗散能力强）。因为谐振腔全部由金属封闭形成。（2）慢波型高频结构的特点为: （a）行波场连续互作用。电子科技大学物理电子学院微波电真空器件国家级重点实验室2.1 概论 （b）宽带：（弱色散） 弱色散：宽带 强色散：窄带 （c）功率容量小：弱色散的慢波线往往是一种开敞式结构，它需要介质支撑固定在器件内部，因而热传导能力低，能承受的功率容量小。 高频系统的功率与带宽往往相互制约： 高的输出功率：金属封闭性，热传导性和散热能力； 宽的工作带宽：系统具有开敞性，以减弱它的色散。电子科技大学物理电子学院微波电真空器件国家级重点实验室目 录2.1 概论2.2 慢波系统的一般特性2.3 Helix慢波系统2.4 耦合腔SWS电子科技大学物理电子学院微波电真空器件国家级重点实验室目 录2.1 概论2.2 慢波系统的一般特性2.3 Helix慢波系统2.4 耦合腔SWS电子科技大学物理电子学院微波电真空器件国家级重点实验室2.2 慢波系统的一般特性 重入式谐振腔一般用在速调管中，多腔谐振系统一般用在磁控管中，开放式波导谐振腔一般用在回旋管中。谐振腔的一般特性在《微波技术基础》课上都会讲解，这里我们就不再讲述。而慢波系统一般只在《微波电子学》等专门的课程中讨论，所以我们主要讲解。电子科技大学物理电子学院微波电真空器件国家级重点实验室2.2 慢波系统的一般特性2.2.1 构成慢波系统的条件 在本书的1.2节中： ， ： 自由空间波数（wavenumber (vector)） 弧度数（ ） 在传播状态下， , ,（ ） 。（rad/m）电子科技大学物理电子学院微波电真空器件国家级重点实验室2.2 慢波系统的一般特性 （a） ，即k2β2，kβ，vpc；TE、TM，快波系统，例如波导。 ， （b） ，即k2＝β2，k＝β，于是vp＝c；主模TEM，同轴线。电子科技大学