標籤: 暫無標籤

產生微波頻率的正弦信號的裝置,是微波設備和系統中不可缺少的組成部分

1 微波振蕩源 -微波振蕩源

 

2 微波振蕩源 -正文

  產生微波頻率的正弦信號的裝置,是微波設備和系統中不可缺少的組成部分。根據所用的產生振蕩的器件類型,微波振蕩源可分為微波管振蕩源和微波固態振蕩源兩大類。前者由微波真空管(見微波電子管)組成,後者由微波半導體二極體(見微波二極體)和微波晶體管組成。
  發展概況  1921年發明的單腔磁控管,構成了最早的微波管振蕩源。在第二次世界大戰前後雷達技術迅速發展的同時,相繼出現了速調管、行波管、返波管等新的管種,並逐漸應用於其他方面。70年代中期又出現了迴旋管。迄至50年代末期,微波管振蕩源是產生微波正弦信號的唯一手段,它們具有輸出功率大、振蕩頻率高、頻譜純、耐高低溫和抗核輻射能力強等優點,但結構複雜、體積大、工作電壓高(最高達數十萬伏),應用受到限制。50年代中期,參量放大器問世,迫切需要小型化的固態泵源。在半導體技術發展的基礎上,1957年發明了隧道二極體,此後陸續出現了電子轉移器件、雪崩渡越時間二極體等(見雪崩二極體),並由它們構成了微波振蕩源。與此同時,原用於低頻的晶體管在結構、材料和工藝方面經過不斷的改進,也能用來產生微波振蕩。微波固態振蕩源體積小、重量輕、結構簡單、壽命長,工作電壓僅為幾伏至幾十伏,而且便於集成化,但輸出功率小(單管輸出功率從毫瓦級到幾十瓦),已經達到的最高振蕩頻率低於微波管振蕩源的頻率。
  微波管振蕩源  微波管是以電子流為媒介,通過速度調製、密度調製和能量交換三個過程將直流能量轉換為微波能量的裝置。主要包括速調管、返波管(見行波管)、磁控管和迴旋管,各以不同的方式來實現上述三個過程。
  速調管振蕩器主要包括反射速調管振蕩器、雙腔速調管振蕩器、漂移速調管振蕩器和分佈作用速調管振蕩器。反射速調管振蕩器效率低、輸出功率小,在很多場合已被固態振蕩源所替代。
  返波管振蕩頻率最高可達1000吉赫左右,電壓調諧範圍可達幾個倍頻程,但效率低、輸出功率小,適合作小功率掃頻振蕩源。磁控管效率可達80%以上,脈衝輸出功率達兆瓦級,連續波輸出功率達千瓦級,它常用於大功率脈衝發射機或微波能加熱應用的連續波振蕩源。
  當頻率很高時,返波管和磁控管中微波結構的尺寸必須相應地減小,使製造工藝和功耗散熱等發生困難,嚴重地限制了很高頻率下的輸出功率。
  迴旋管採用特殊的電子槍發射螺旋形電子流,並在光滑的波導管中和快波的橫向高頻場相互作用,形成速度(能量)調製,又由於相對論效應而轉化為質量和迴旋頻率的調製,從而使電子流產生角向群聚式的密度調製。在一定條件下,可使群聚電子流的能量交給高頻場使之放大或產生振蕩。迴旋管常採用高次模振蕩的腔體,不存在尺寸縮小所引起的困難,因此,可以在毫米波以至亞毫米波波段產生幾十到幾百千瓦的功率,具有廣闊的應用前景。
  微波固態振蕩源  用於產生微波振蕩的半導體二極體主要有隧道二極體、電子轉移器件和雪崩渡越時間二極體。它們均屬負阻二極體,加直流偏置並以適當方式和傳輸線諧振迴路連接,可將直流能量轉化為高頻能量。在負阻所提供的高頻能量足以補償迴路中正電阻所消耗能量的條件下,就能產生振蕩。最早出現的隧道二極體振蕩器由於輸出功率小、可靠性差,在其他固態振蕩源出現以後已很少應用。
  電子轉移器件振蕩器又稱為體效應振蕩器或耿氏振蕩器。這種振蕩器的最高頻率約為 100吉赫(非諧波輸出情況),單管輸出功率為毫瓦級,調頻調幅雜訊與反射速調管振蕩器相近,適用於低雜訊混頻器的本振源或參量放大器的泵源。雪崩渡越時間二極體可以構成兩種模式的振蕩器,即碰撞雪崩渡越時間模式(簡稱IMPATT模式)和俘獲等離子體雪崩觸發渡越模式(簡稱 TRAPATT模式),前者已得到廣泛應用。它的最高振蕩頻率可達300吉赫,輸出功率大於電子轉移器件振蕩器,但因存在雪崩過程而調頻調幅雜訊大於其他固態振蕩源。
  微波雙極晶體管和微波場效應晶體管附加反饋電路后可構成晶體管振蕩器。雙極晶體管的振蕩頻率在10吉赫以下,應用受到限制。場效應晶體管的振蕩頻率可達毫米波波段,輸出功率遠大於其他固態振蕩源,而且適合於微波單片集成,有良好的應用前景。
  各種微波固態振蕩源都可以和變容二極體或釔鐵石榴石(YIG)單晶組成電調諧振蕩器。其中YIG調諧振蕩器的調諧範圍可達幾個倍頻程。

 

3 微波振蕩源 -配圖

 

4 微波振蕩源 -相關連接

上一篇[威廉·瓊斯]    下一篇 [功率測量]

相關評論

同義詞:暫無同義詞