《大功率速調管的設計製造和套用》是2010年國防工業出版社出版的圖書，作者是丁耀根。本書主要講解了大功率速調管的設計製造和套用的相關知識。
基本介紹
- 書名：大功率速調管的設計製造和套用
- 作者：丁耀根
- 頁數：480頁
- 定價：￥98.00
- 出版社：國防工業出版社
- 出版時間：2010-12-1
- 開本：16開
內容簡介,作者簡介,圖書目錄,
內容簡介
大功率速調管是一種高功率微波真空電子器件，作為高功率微波電子系統發射機的末級功率放大器，廣泛套用於雷達、通信、電視廣播、電子對抗、粒子加速器、電漿加熱裝置等領域，是軍用和民用微波電子系統的關鍵電子器件。本書吸取國內外相關單位在研製大功率速調管方面取得的研究進展，對速調管的總體和關鍵部件的設計、速調管結構和製備工藝、速調管測試和使用等方面作比較系統的論述。
本書適用於從事大功率速調管研究、開發和生產以及大功率微波電子系統的研製和使用、真空電子學領域的科研和教學人員以及相關專業的研究生。對從事其他類型大功率微波真空電子器件、粒子加速器和電漿加熱裝置研究和套用的相關人員也有參考價值。
作者簡介
丁耀根，男，江蘇武進人，1942年5月生，1965年7月畢業於南京大學物理系無線電電子學專業，同年進入中國科學院電子學研究所工作，現為該所研究員、博士研究生導師，大功率微波器件中心總工程師，國際電氣與電子工程師學會(IEEE)高級會員。
圖書目錄
第1章 緒論……………………………………………………………………… 1
1.1 基本工作原理………………………………………………………… 2
1.2 速調管的分類………………………………………………………… 5
1.3 速調管的技術現狀和發展趨勢……………………………………… 6
參考文獻…………………………………………………………………… 18
第2 章 速調管的特性和工作參數…………………………………………… 21
2.1 速調管的性能指標…………………………………………………… 21
2.1.1 速調管的主要特性…………………………………………… 21
2.1.2 速調管的副特性……………………………………………… 23
2.2 速調管的工作方式…………………………………………………… 26
2.2.1 調製方式……………………………………………………… 26
2.2.2 聚焦方式……………………………………………………… 27
2.2.3 冷卻方式……………………………………………………… 28
2.2.4 高頻輸入和輸出方式………………………………………… 29
2.2.5 安裝方式……………………………………………………… 29
2.3 速調管的工作參數…………………………………………………… 29
2.4 典型速調管的性能和工作參數……………………………………… 31
參考文獻…………………………………………………………………… 33
第3 章 速調管的總體設計…………………………………………………… 34
3.1 微波電子系統對速調管性能的要求和總體設計考慮……………… 34
3.1.1 寬頻雷達系統用寬頻速調管(高脈衝功率套用場合)………… 35
3.1.2 寬頻雷達系統用寬頻速調管(中等脈衝功率套用場合)……… 36
3.1.3 窄帶雷達系統用速調管……………………………………… 37
3.1.4 中能粒子加速器用速調管…………………………………… 38
3.1.5 高能粒子加速器用速調管(特高脈衝功率套用:正負電子
對撞機?同步光源) …………………………………………… 38
3.1.6 長脈衝和連續波微波電子系統用速調管……………………… 39
3.1.7 通信、廣播系統和照射雷達用速調管(連續波套用) ………… 40
3.1.8 飛彈導引頭雷達用速調管(脈衝套用) ……………………… 41
3.2 影響速調管性能的主要因素………………………………………… 41
3.2.1 輸出功率……………………………………………………… 41
3.2.2 效率…………………………………………………………… 42
3.2.3 瞬時頻寬……………………………………………………… 45
3.2.4 增益…………………………………………………………… 48
3.3 速調管總體設計計算………………………………………………… 49
3.3.1 電子注參數…………………………………………………… 49
3.3.2 電子槍和聚焦磁場參數……………………………………… 52
3.3.3 電子注群聚參數和諧振腔參數……………………………… 54
3.3.4 速調管群聚段的設計計算…………………………………… 58
3.3.5 速調管輸出段的設計………………………………………… 60
3.3.6 速調管的冷卻設計…………………………………………… 61
3.3.7 速調管環境適應性和可靠性的設計………………………… 61
3.4 寬頻速調管的設計…………………………………………………… 61
3.4.1 電子注和諧振腔參數的選擇………………………………… 61
3.4.2 寬頻群聚段的設計…………………………………………… 66
3.4.3 寬頻輸出段的設計…………………………………………… 68
3.4.4 典型寬頻速調管實例………………………………………… 68
3.5 高效率速調管的設計………………………………………………… 73
3.5.1 速調管的二次諧波群聚……………………………………… 74
3.5.2 典型高效率速調管…………………………………………… 80
3.6 多注速調管的設計…………………………………………………… 82
3.6.1 影響多注速調管性能的主要因素…………………………… 83
3.6.2 多注速調管的設計考慮……………………………………… 86
3.6.3 多注速調管的設計舉例……………………………………… 90
參考文獻…………………………………………………………………… 102
第4 章 陰極和熱子…………………………………………………………… 105
4.1 引言………………………………………………………………… 105
4.2 陰極的發射和蒸散特性…………………………………………… 106
4.3 氧化物陰極………………………………………………………… 108
4.4 浸漬陰極…………………………………………………………… 111
4.4.1 浸漬陰極的發展歷史………………………………………… 111
4.4.2 浸漬陰極的技術水平………………………………………… 113
4.4.3 影響浸漬陰極性能的因素…………………………………… 116
4.5 熱子和熱子組件…………………………………………………… 117
4.6 陰極在大功率速調管中的套用…………………………………… 121
4.6.1 陰極在大功率速調管中的套用情況………………………… 121
4.6.2 陰極發射不均勻性對電子注特性的影響…………………… 124
4.6.3 陰極使用需要注意的一些問題……………………………… 124
參考文獻…………………………………………………………………… 126
第5 章 電子槍和聚焦系統…………………………………………………… 129
5.1 引言………………………………………………………………… 129
5.2 電子槍的調製方式………………………………………………… 131
5.3 電子槍的耐壓……………………………………………………… 133
5.3.1 真空中電極間的耐壓………………………………………… 133
5.3.2 電子槍陶瓷絕緣段的耐壓…………………………………… 137
5.3.3 電子槍的打火和損壞………………………………………… 143
5.3.4 電子槍耐壓的計算模擬……………………………………… 145
5.4 電磁聚焦系統……………………………………………………… 146
5.5 均勻永磁聚焦系統………………………………………………… 148
5.5.1 筒形永磁聚焦系統-1 ……………………………………… 148
5.5.2 筒形永磁聚焦系統-2 ……………………………………… 149
5.5.3 修正筒形永磁聚焦系統……………………………………… 150
5.5.4 馬鞍形(yoke)永磁聚焦系統………………………………… 152
5.5.5 永磁材料…………………………………………………… 152
5.6 周期反轉永磁聚焦系統…………………………………………… 154
5.7 周期永磁聚焦系統………………………………………………… 156
參考文獻…………………………………………………………………… 161
第6 章 諧振腔………………………………………………………………… 163
6.1 引言………………………………………………………………… 163
6.2 諧振腔的最佳化設計………………………………………………… 164
6.2.1 諧振腔幾何形狀對特性阻抗的影響………………………… 164
6.2.2 漂移管頭的形狀和尺寸的選擇……………………………… 166
6.2.3 諧振腔特性的計算模擬……………………………………… 168
6.3 諧振腔與外電路的耦合…………………………………………… 169
6.3.1 諧振腔與同軸線的耦合……………………………………… 169
6.3.2 同軸窗的設計………………………………………………… 172
6.3.3 濾波器載入輸入腔的設計…………………………………… 173
6.3.4 諧振腔與波導耦合的計算…………………………………… 173
6.3.5 諧振腔與波導的耦合方式…………………………………… 175
6.4 諧振腔特性的測量………………………………………………… 176
6.4.1 諧振頻率和品質因子的測量(中間諧振腔) ………………… 176
6.4.2 輸入和輸出諧振腔外觀品質因子Qext的測量……………… 177
6.4.3 諧振腔特性阻抗的測量……………………………………… 181
6.5 諧振腔的載入……………………………………………………… 184
6.5.1 諧振腔腔壁塗覆微波衰減材料……………………………… 184
6.5.2 外接同軸負載………………………………………………… 185
6.5.3 外加吸收諧振腔……………………………………………… 186
6.6 諧振腔的調諧……………………………………………………… 188
6.6.1 電容調諧…………………………………………………… 189
6.6.2 電感調諧…………………………………………………… 190
6.6.3 複合調諧…………………………………………………… 191
6.6.4 調諧機構對輸出腔外觀品質因子Qext的影響……………… 191
6.7 諧振腔的散熱……………………………………………………… 191
6.7.1 輸出腔的高頻損耗…………………………………………… 192
6.7.2 漂移管頭散熱的分析………………………………………… 193
6.7.3 漂移管頭溫度的測量………………………………………… 195
6.8 諧振腔的高頻擊穿………………………………………………… 196
參考文獻…………………………………………………………………… 198
第7 章 輸出電路……………………………………………………………… 200
7.1 引言………………………………………………………………… 200
7.2 濾波器載入寬頻輸出電路………………………………………… 202
7.2.1 濾波器載入寬頻輸出電路的設計方法……………………… 203
7.2.2 濾波器型寬頻輸出電路間隙阻抗—頻率特性的計算……… 208
7.2.3 濾波器型寬頻輸出電路的設計舉例………………………… 208
7.3 重疊模雙間隙耦合腔寬頻輸出電路……………………………… 212
7.3.1 設計方法…………………………………………………… 212
7.3.2 設計舉例…………………………………………………… 216
7.3.3 濾波器載入重疊模雙間隙耦合腔輸出電路的設計………… 218
7.4 濾波器載入雙間隙耦合腔寬頻輸出電路………………………… 221
7.4.1 耦合方式…………………………………………………… 221
7.4.2 設計考慮和設計步驟………………………………………… 223
7.4.3 設計舉例-1 ………………………………………………… 225
7.4.4 設計舉例-2 ………………………………………………… 227
7.5 多模寬頻輸出電路………………………………………………… 229
7.5.1 徑向耦合多腔輸出電路……………………………………… 229
7.5.2 雙頻諧振腔輸出電路………………………………………… 231
7.6 高峰值功率速調管的輸出電路…………………………………… 233
7.6.1 雙間隙耦合腔輸出電路……………………………………… 233
7.6.2 無耦合雙腔輸出電路………………………………………… 235
7.6.3 行波輸出電路………………………………………………… 236
7.7 輸出電路阻抗—頻率特性測量和調試…………………………… 237
7.7.1 濾波器載入寬頻輸出電路的間隙阻抗—頻率特性的測量
原理………………………………………………………… 237
7.7.2 雙間隙耦合腔輸出電路的間隙阻抗—頻率特性的測量原理…… 239
7.7.3 寬頻輸出電路阻抗—頻率特性的測量和調試方法………… 242
7.7.4 採用矢量網路分析儀測量寬頻輸出電路的阻抗—頻率特性…… 244
參考文獻…………………………………………………………………… 246
第8 章 輸出窗………………………………………………………………… 249
8.1 引言………………………………………………………………… 249
8.2 輸出窗的設計計算………………………………………………… 251
8.2.1 盒型輸出窗的設計計算……………………………………… 251
8.2.2 半波長盒型窗(厚窗)的設計計算…………………………… 256
8.2.3 矩形波導窗的設計計算……………………………………… 257
8.3 輸出窗的材料……………………………………………………… 259
8.4 輸出窗損壞和機理分析…………………………………………… 262
8.4.1 窗表面污染引起的輸出窗擊穿……………………………… 264
8.4.2 輸出窗諧振模式引起的輸出窗損壞………………………… 265
8.4.3 輸出窗結構和工藝問題引起的輸出窗損壞………………… 266
8.5 二次電子倍增效應及其抑制……………………………………… 267
8.5.1 二次電子倍增效應…………………………………………… 267
8.5.2 抑制窗片二次電子倍增的方法……………………………… 269
8.6 輸出窗的功率容量………………………………………………… 272
8.6.1 峰值功率的限制……………………………………………… 272
8.6.2 平均功率和連續波功率的限制……………………………… 273
8.7 輸出窗的高功率試驗……………………………………………… 274
8.7.1 行波諧振環的基本原理……………………………………… 274
8.7.2 採用諧振腔法進行輸出窗高功率試驗……………………… 277
8.7.3 輸出窗高功率試驗實例……………………………………… 279
8.8 提高輸出窗功率容量的方法和新型輸出窗……………………… 281
8.8.1 長盒型窗…………………………………………………… 281
8.8.2 TE01模行波輸出窗…………………………………………… 283
8.8.3 TE11模喇叭形輸出窗………………………………………… 284
8.8.4 TWC(Traveling Wave in Ceramic)型窗……………………… 285
8.8.5 圓極化波盒型窗……………………………………………… 286
8.8.6 複合模行波窗………………………………………………… 287
8.8.7 TM01模輸出窗………………………………………………… 288
參考文獻…………………………………………………………………… 290
第9 章 收集極和冷卻系統…………………………………………………… 294
9.1 引言………………………………………………………………… 294
9.2 計算流體與發熱面間熱交換的基本公式………………………… 296
9.3 風冷收集極的設計………………………………………………… 300
9.4 水冷收集極的設計………………………………………………… 304
9.5 蒸發冷卻收集極的設計…………………………………………… 311
9.5.1 蒸發冷卻的基本原理………………………………………… 311
9.5.2 蒸發冷卻收集極的設計計算………………………………… 313
9.5.3 速調管蒸發冷卻系統………………………………………… 316
9.6 速調管冷卻系統…………………………………………………… 317
9.6.1 冷卻液和水淨化系統………………………………………… 317
9.6.2 速調管冷卻表面和冷卻迴路的腐蝕和污垢………………… 318
9.7 降壓收集極………………………………………………………… 319
9.8 收集極絕緣陶瓷的微波泄漏……………………………………… 323
9.9 收集極冷卻結構的計算模擬……………………………………… 324
參考文獻…………………………………………………………………… 326
第10 章 速調管的結構和工藝……………………………………………… 328
10.1 引言………………………………………………………………… 328
10.2 電子槍結構和製備工藝…………………………………………… 329
10.3 高頻互作用電路的結構設計和製備工藝………………………… 332
10.4 諧振腔和調諧機構的結構………………………………………… 335
10.4.1 調諧機構的結構…………………………………………… 336
10.4.2 信道調諧機構……………………………………………… 338
10.4.3 速調管的調諧步驟………………………………………… 339
10.5 輸出窗的結構和製備工藝………………………………………… 340
10.6 鈦泵和吸氣劑……………………………………………………… 343
10.6.1 鈦泵………………………………………………………… 343
10.6.2 吸氣劑……………………………………………………… 346
10.7 微波衰減材料和塗覆工藝………………………………………… 347
10.8 速調管材料及其特性……………………………………………… 348
10.8.1 常用金屬材料及其物理特性……………………………… 349
10.8.2 焊接材料…………………………………………………… 352
10.9 速調管烘烤和排氣工藝…………………………………………… 354
10.10 速調管的加工和製備工藝……………………………………… 358
10.10.1 速調管零件的設計和加工………………………………… 358
10.10.2 速調管部件的裝配和焊接工藝…………………………… 361
10.10.3 陰極和熱子的製備工藝…………………………………… 363
10.10.4 速調管總裝配和烘烤排氣工藝…………………………… 365
10.10.5 純鐵的防腐工藝…………………………………………… 366
10.11 真空衛生………………………………………………………… 366
參考文獻…………………………………………………………………… 368
第11 章 速調管的測試、老練和使用………………………………………… 370
11.1 速調管測試系統…………………………………………………… 370
11.2 電源和調製器……………………………………………………… 371
11.2.1 線性調製器………………………………………………… 371
11.2.2 剛管脈衝調製器…………………………………………… 373
11.2.3 浮動板脈衝調製器和調製陽極脈衝調製器………………… 374
11.2.4 固態開關調製器…………………………………………… 376
11.2.5 高壓直流電源……………………………………………… 377
11.3 速調管直流特性的測試…………………………………………… 378
11.3.1 低壓發射特性的測量……………………………………… 378
11.3.2 冷高壓老練………………………………………………… 379
11.3.3 熱高壓老練和直流特性的測試…………………………… 380
11.3.4 多注速調管高壓老練和直流特性的測試…………………… 382
11.4 速調管高頻特性的測試…………………………………………… 384
11.4.1 輸出功率、效率和增益特性的測試………………………… 384
11.4.2 相位噪聲的測量…………………………………………… 387
11.4.3 相位靈敏度的測試………………………………………… 388
11.4.4 微波包絡和輸出頻譜特性的測量………………………… 390
11.5 微波大功率測量和大功率負載…………………………………… 391
11.6 負載失配對速調管性能的影響…………………………………… 395
11.6.1 負載失配對輸出電路間隙阻抗的影響……………………… 397
11.6.2 負載失配對速調管效率的影響…………………………… 398
11.7 速調管的使用……………………………………………………… 400
11.7.1 速調管的安裝和連線……………………………………… 401
11.7.2 速調管工作參數和工作狀態的設定……………………… 402
11.7.3 速調管的保護和加電程式………………………………… 403
11.7.4 速調管的工作環境和貯存條件…………………………… 405
11.7.5 典型速調管的說明書……………………………………… 405
11.8 X 射線輻射和微波泄漏的防護…………………………………… 409
11.8.1 X 射線輻射的防護………………………………………… 409
11.8.2 微波泄漏的防護…………………………………………… 411
參考文獻…………………………………………………………………… 412
第12 章 速調管的振盪和不穩定性………………………………………… 414
12.1 引言………………………………………………………………… 414
12.2 電子槍區的二極體振盪…………………………………………… 415
12.2.1 主要實驗現象……………………………………………… 415
12.2.2 振盪的機理分析…………………………………………… 417
12.2.3 實驗現象的分析…………………………………………… 419
12.2.4 二極體振盪的計算機模擬………………………………… 420
12.2.5 二極體振盪的抑制方法…………………………………… 421
12.3 寬頻速調管中的諧振腔高次模振盪……………………………… 422
12.3.1 主要物理現象……………………………………………… 422
12.3.2 振盪原因的分析…………………………………………… 424
12.3.3 消除振盪的途徑…………………………………………… 425
12.3.4 高次模式振盪對速調管輸出頻譜特性的影響……………… 426
12.4 雙間隙耦合腔寬頻輸出電路的振盪……………………………… 427
12.4.1 π 模雙間隙耦合腔的振盪問題…………………………… 427
12.4.2 2π 模雙間隙耦合腔中的振盪和雜譜……………………… 428
12.4.3 抑制振盪和降低雜譜電平的方法………………………… 430
12.5 漂移管振盪和相鄰諧振腔耦合引起的振盪……………………… 435
12.5.1 漂移管振盪………………………………………………… 436
12.5.2 相鄰諧振腔耦合引起的振盪……………………………… 437
12.6 二次電子和反射電子引起的雜譜和振盪………………………… 438
12.6.1 多注速調管中的雜譜……………………………………… 438
12.6.2 收集極電子返流引起的振盪……………………………… 441
12.7 速調管的離子噪聲和不穩定性…………………………………… 443
參考文獻…………………………………………………………………… 444
第13 章 速調管的可靠性和壽命…………………………………………… 446
13.1 速調管故障類型…………………………………………………… 446
13.2 速調管可靠性和壽命的評估……………………………………… 447
13.3 速調管的故障模式和壽命………………………………………… 449
13.4 速調管故障模式分析……………………………………………… 455
13.5 速調管可靠性設計和試驗………………………………………… 459
13.5.1 速調管穩定性……………………………………………… 459
13.5.2 環境適應性的設計………………………………………… 460
13.5.3 可靠性試驗………………………………………………… 461
13.6 速調管的貯存故障………………………………………………… 463
13.6.1 故障的描述………………………………………………… 463
13.6.2 故障的分析和解決方法…………………………………… 464
參考文獻…………………………………………………………………… 465
第14 章 典型速調管………………………………………………………… 467
14.1 高峰值功率速調管………………………………………………… 467
14.2 連續波和高平均功率速調管……………………………………… 469
14.3 雷達用大功率速調管……………………………………………… 471
14.4 多注速調管………………………………………………………… 474
14.5 通信廣播用連續波速調管………………………………………… 476
14.6 電視廣播用速調管………………………………………………… 477
14.7 感應輸出管………………………………………………………… 478
參考文獻…………………………………………………………………… 479
1.1 基本工作原理………………………………………………………… 2
1.2 速調管的分類………………………………………………………… 5
1.3 速調管的技術現狀和發展趨勢……………………………………… 6
參考文獻…………………………………………………………………… 18
第2 章 速調管的特性和工作參數…………………………………………… 21
2.1 速調管的性能指標…………………………………………………… 21
2.1.1 速調管的主要特性…………………………………………… 21
2.1.2 速調管的副特性……………………………………………… 23
2.2 速調管的工作方式…………………………………………………… 26
2.2.1 調製方式……………………………………………………… 26
2.2.2 聚焦方式……………………………………………………… 27
2.2.3 冷卻方式……………………………………………………… 28
2.2.4 高頻輸入和輸出方式………………………………………… 29
2.2.5 安裝方式……………………………………………………… 29
2.3 速調管的工作參數…………………………………………………… 29
2.4 典型速調管的性能和工作參數……………………………………… 31
參考文獻…………………………………………………………………… 33
第3 章 速調管的總體設計…………………………………………………… 34
3.1 微波電子系統對速調管性能的要求和總體設計考慮……………… 34
3.1.1 寬頻雷達系統用寬頻速調管(高脈衝功率套用場合)………… 35
3.1.2 寬頻雷達系統用寬頻速調管(中等脈衝功率套用場合)……… 36
3.1.3 窄帶雷達系統用速調管……………………………………… 37
3.1.4 中能粒子加速器用速調管…………………………………… 38
3.1.5 高能粒子加速器用速調管(特高脈衝功率套用:正負電子
對撞機?同步光源) …………………………………………… 38
3.1.6 長脈衝和連續波微波電子系統用速調管……………………… 39
3.1.7 通信、廣播系統和照射雷達用速調管(連續波套用) ………… 40
3.1.8 飛彈導引頭雷達用速調管(脈衝套用) ……………………… 41
3.2 影響速調管性能的主要因素………………………………………… 41
3.2.1 輸出功率……………………………………………………… 41
3.2.2 效率…………………………………………………………… 42
3.2.3 瞬時頻寬……………………………………………………… 45
3.2.4 增益…………………………………………………………… 48
3.3 速調管總體設計計算………………………………………………… 49
3.3.1 電子注參數…………………………………………………… 49
3.3.2 電子槍和聚焦磁場參數……………………………………… 52
3.3.3 電子注群聚參數和諧振腔參數……………………………… 54
3.3.4 速調管群聚段的設計計算…………………………………… 58
3.3.5 速調管輸出段的設計………………………………………… 60
3.3.6 速調管的冷卻設計…………………………………………… 61
3.3.7 速調管環境適應性和可靠性的設計………………………… 61
3.4 寬頻速調管的設計…………………………………………………… 61
3.4.1 電子注和諧振腔參數的選擇………………………………… 61
3.4.2 寬頻群聚段的設計…………………………………………… 66
3.4.3 寬頻輸出段的設計…………………………………………… 68
3.4.4 典型寬頻速調管實例………………………………………… 68
3.5 高效率速調管的設計………………………………………………… 73
3.5.1 速調管的二次諧波群聚……………………………………… 74
3.5.2 典型高效率速調管…………………………………………… 80
3.6 多注速調管的設計…………………………………………………… 82
3.6.1 影響多注速調管性能的主要因素…………………………… 83
3.6.2 多注速調管的設計考慮……………………………………… 86
3.6.3 多注速調管的設計舉例……………………………………… 90
參考文獻…………………………………………………………………… 102
第4 章 陰極和熱子…………………………………………………………… 105
4.1 引言………………………………………………………………… 105
4.2 陰極的發射和蒸散特性…………………………………………… 106
4.3 氧化物陰極………………………………………………………… 108
4.4 浸漬陰極…………………………………………………………… 111
4.4.1 浸漬陰極的發展歷史………………………………………… 111
4.4.2 浸漬陰極的技術水平………………………………………… 113
4.4.3 影響浸漬陰極性能的因素…………………………………… 116
4.5 熱子和熱子組件…………………………………………………… 117
4.6 陰極在大功率速調管中的套用…………………………………… 121
4.6.1 陰極在大功率速調管中的套用情況………………………… 121
4.6.2 陰極發射不均勻性對電子注特性的影響…………………… 124
4.6.3 陰極使用需要注意的一些問題……………………………… 124
參考文獻…………………………………………………………………… 126
第5 章 電子槍和聚焦系統…………………………………………………… 129
5.1 引言………………………………………………………………… 129
5.2 電子槍的調製方式………………………………………………… 131
5.3 電子槍的耐壓……………………………………………………… 133
5.3.1 真空中電極間的耐壓………………………………………… 133
5.3.2 電子槍陶瓷絕緣段的耐壓…………………………………… 137
5.3.3 電子槍的打火和損壞………………………………………… 143
5.3.4 電子槍耐壓的計算模擬……………………………………… 145
5.4 電磁聚焦系統……………………………………………………… 146
5.5 均勻永磁聚焦系統………………………………………………… 148
5.5.1 筒形永磁聚焦系統-1 ……………………………………… 148
5.5.2 筒形永磁聚焦系統-2 ……………………………………… 149
5.5.3 修正筒形永磁聚焦系統……………………………………… 150
5.5.4 馬鞍形(yoke)永磁聚焦系統………………………………… 152
5.5.5 永磁材料…………………………………………………… 152
5.6 周期反轉永磁聚焦系統…………………………………………… 154
5.7 周期永磁聚焦系統………………………………………………… 156
參考文獻…………………………………………………………………… 161
第6 章 諧振腔………………………………………………………………… 163
6.1 引言………………………………………………………………… 163
6.2 諧振腔的最佳化設計………………………………………………… 164
6.2.1 諧振腔幾何形狀對特性阻抗的影響………………………… 164
6.2.2 漂移管頭的形狀和尺寸的選擇……………………………… 166
6.2.3 諧振腔特性的計算模擬……………………………………… 168
6.3 諧振腔與外電路的耦合…………………………………………… 169
6.3.1 諧振腔與同軸線的耦合……………………………………… 169
6.3.2 同軸窗的設計………………………………………………… 172
6.3.3 濾波器載入輸入腔的設計…………………………………… 173
6.3.4 諧振腔與波導耦合的計算…………………………………… 173
6.3.5 諧振腔與波導的耦合方式…………………………………… 175
6.4 諧振腔特性的測量………………………………………………… 176
6.4.1 諧振頻率和品質因子的測量(中間諧振腔) ………………… 176
6.4.2 輸入和輸出諧振腔外觀品質因子Qext的測量……………… 177
6.4.3 諧振腔特性阻抗的測量……………………………………… 181
6.5 諧振腔的載入……………………………………………………… 184
6.5.1 諧振腔腔壁塗覆微波衰減材料……………………………… 184
6.5.2 外接同軸負載………………………………………………… 185
6.5.3 外加吸收諧振腔……………………………………………… 186
6.6 諧振腔的調諧……………………………………………………… 188
6.6.1 電容調諧…………………………………………………… 189
6.6.2 電感調諧…………………………………………………… 190
6.6.3 複合調諧…………………………………………………… 191
6.6.4 調諧機構對輸出腔外觀品質因子Qext的影響……………… 191
6.7 諧振腔的散熱……………………………………………………… 191
6.7.1 輸出腔的高頻損耗…………………………………………… 192
6.7.2 漂移管頭散熱的分析………………………………………… 193
6.7.3 漂移管頭溫度的測量………………………………………… 195
6.8 諧振腔的高頻擊穿………………………………………………… 196
參考文獻…………………………………………………………………… 198
第7 章 輸出電路……………………………………………………………… 200
7.1 引言………………………………………………………………… 200
7.2 濾波器載入寬頻輸出電路………………………………………… 202
7.2.1 濾波器載入寬頻輸出電路的設計方法……………………… 203
7.2.2 濾波器型寬頻輸出電路間隙阻抗—頻率特性的計算……… 208
7.2.3 濾波器型寬頻輸出電路的設計舉例………………………… 208
7.3 重疊模雙間隙耦合腔寬頻輸出電路……………………………… 212
7.3.1 設計方法…………………………………………………… 212
7.3.2 設計舉例…………………………………………………… 216
7.3.3 濾波器載入重疊模雙間隙耦合腔輸出電路的設計………… 218
7.4 濾波器載入雙間隙耦合腔寬頻輸出電路………………………… 221
7.4.1 耦合方式…………………………………………………… 221
7.4.2 設計考慮和設計步驟………………………………………… 223
7.4.3 設計舉例-1 ………………………………………………… 225
7.4.4 設計舉例-2 ………………………………………………… 227
7.5 多模寬頻輸出電路………………………………………………… 229
7.5.1 徑向耦合多腔輸出電路……………………………………… 229
7.5.2 雙頻諧振腔輸出電路………………………………………… 231
7.6 高峰值功率速調管的輸出電路…………………………………… 233
7.6.1 雙間隙耦合腔輸出電路……………………………………… 233
7.6.2 無耦合雙腔輸出電路………………………………………… 235
7.6.3 行波輸出電路………………………………………………… 236
7.7 輸出電路阻抗—頻率特性測量和調試…………………………… 237
7.7.1 濾波器載入寬頻輸出電路的間隙阻抗—頻率特性的測量
原理………………………………………………………… 237
7.7.2 雙間隙耦合腔輸出電路的間隙阻抗—頻率特性的測量原理…… 239
7.7.3 寬頻輸出電路阻抗—頻率特性的測量和調試方法………… 242
7.7.4 採用矢量網路分析儀測量寬頻輸出電路的阻抗—頻率特性…… 244
參考文獻…………………………………………………………………… 246
第8 章 輸出窗………………………………………………………………… 249
8.1 引言………………………………………………………………… 249
8.2 輸出窗的設計計算………………………………………………… 251
8.2.1 盒型輸出窗的設計計算……………………………………… 251
8.2.2 半波長盒型窗(厚窗)的設計計算…………………………… 256
8.2.3 矩形波導窗的設計計算……………………………………… 257
8.3 輸出窗的材料……………………………………………………… 259
8.4 輸出窗損壞和機理分析…………………………………………… 262
8.4.1 窗表面污染引起的輸出窗擊穿……………………………… 264
8.4.2 輸出窗諧振模式引起的輸出窗損壞………………………… 265
8.4.3 輸出窗結構和工藝問題引起的輸出窗損壞………………… 266
8.5 二次電子倍增效應及其抑制……………………………………… 267
8.5.1 二次電子倍增效應…………………………………………… 267
8.5.2 抑制窗片二次電子倍增的方法……………………………… 269
8.6 輸出窗的功率容量………………………………………………… 272
8.6.1 峰值功率的限制……………………………………………… 272
8.6.2 平均功率和連續波功率的限制……………………………… 273
8.7 輸出窗的高功率試驗……………………………………………… 274
8.7.1 行波諧振環的基本原理……………………………………… 274
8.7.2 採用諧振腔法進行輸出窗高功率試驗……………………… 277
8.7.3 輸出窗高功率試驗實例……………………………………… 279
8.8 提高輸出窗功率容量的方法和新型輸出窗……………………… 281
8.8.1 長盒型窗…………………………………………………… 281
8.8.2 TE01模行波輸出窗…………………………………………… 283
8.8.3 TE11模喇叭形輸出窗………………………………………… 284
8.8.4 TWC(Traveling Wave in Ceramic)型窗……………………… 285
8.8.5 圓極化波盒型窗……………………………………………… 286
8.8.6 複合模行波窗………………………………………………… 287
8.8.7 TM01模輸出窗………………………………………………… 288
參考文獻…………………………………………………………………… 290
第9 章 收集極和冷卻系統…………………………………………………… 294
9.1 引言………………………………………………………………… 294
9.2 計算流體與發熱面間熱交換的基本公式………………………… 296
9.3 風冷收集極的設計………………………………………………… 300
9.4 水冷收集極的設計………………………………………………… 304
9.5 蒸發冷卻收集極的設計…………………………………………… 311
9.5.1 蒸發冷卻的基本原理………………………………………… 311
9.5.2 蒸發冷卻收集極的設計計算………………………………… 313
9.5.3 速調管蒸發冷卻系統………………………………………… 316
9.6 速調管冷卻系統…………………………………………………… 317
9.6.1 冷卻液和水淨化系統………………………………………… 317
9.6.2 速調管冷卻表面和冷卻迴路的腐蝕和污垢………………… 318
9.7 降壓收集極………………………………………………………… 319
9.8 收集極絕緣陶瓷的微波泄漏……………………………………… 323
9.9 收集極冷卻結構的計算模擬……………………………………… 324
參考文獻…………………………………………………………………… 326
第10 章 速調管的結構和工藝……………………………………………… 328
10.1 引言………………………………………………………………… 328
10.2 電子槍結構和製備工藝…………………………………………… 329
10.3 高頻互作用電路的結構設計和製備工藝………………………… 332
10.4 諧振腔和調諧機構的結構………………………………………… 335
10.4.1 調諧機構的結構…………………………………………… 336
10.4.2 信道調諧機構……………………………………………… 338
10.4.3 速調管的調諧步驟………………………………………… 339
10.5 輸出窗的結構和製備工藝………………………………………… 340
10.6 鈦泵和吸氣劑……………………………………………………… 343
10.6.1 鈦泵………………………………………………………… 343
10.6.2 吸氣劑……………………………………………………… 346
10.7 微波衰減材料和塗覆工藝………………………………………… 347
10.8 速調管材料及其特性……………………………………………… 348
10.8.1 常用金屬材料及其物理特性……………………………… 349
10.8.2 焊接材料…………………………………………………… 352
10.9 速調管烘烤和排氣工藝…………………………………………… 354
10.10 速調管的加工和製備工藝……………………………………… 358
10.10.1 速調管零件的設計和加工………………………………… 358
10.10.2 速調管部件的裝配和焊接工藝…………………………… 361
10.10.3 陰極和熱子的製備工藝…………………………………… 363
10.10.4 速調管總裝配和烘烤排氣工藝…………………………… 365
10.10.5 純鐵的防腐工藝…………………………………………… 366
10.11 真空衛生………………………………………………………… 366
參考文獻…………………………………………………………………… 368
第11 章 速調管的測試、老練和使用………………………………………… 370
11.1 速調管測試系統…………………………………………………… 370
11.2 電源和調製器……………………………………………………… 371
11.2.1 線性調製器………………………………………………… 371
11.2.2 剛管脈衝調製器…………………………………………… 373
11.2.3 浮動板脈衝調製器和調製陽極脈衝調製器………………… 374
11.2.4 固態開關調製器…………………………………………… 376
11.2.5 高壓直流電源……………………………………………… 377
11.3 速調管直流特性的測試…………………………………………… 378
11.3.1 低壓發射特性的測量……………………………………… 378
11.3.2 冷高壓老練………………………………………………… 379
11.3.3 熱高壓老練和直流特性的測試…………………………… 380
11.3.4 多注速調管高壓老練和直流特性的測試…………………… 382
11.4 速調管高頻特性的測試…………………………………………… 384
11.4.1 輸出功率、效率和增益特性的測試………………………… 384
11.4.2 相位噪聲的測量…………………………………………… 387
11.4.3 相位靈敏度的測試………………………………………… 388
11.4.4 微波包絡和輸出頻譜特性的測量………………………… 390
11.5 微波大功率測量和大功率負載…………………………………… 391
11.6 負載失配對速調管性能的影響…………………………………… 395
11.6.1 負載失配對輸出電路間隙阻抗的影響……………………… 397
11.6.2 負載失配對速調管效率的影響…………………………… 398
11.7 速調管的使用……………………………………………………… 400
11.7.1 速調管的安裝和連線……………………………………… 401
11.7.2 速調管工作參數和工作狀態的設定……………………… 402
11.7.3 速調管的保護和加電程式………………………………… 403
11.7.4 速調管的工作環境和貯存條件…………………………… 405
11.7.5 典型速調管的說明書……………………………………… 405
11.8 X 射線輻射和微波泄漏的防護…………………………………… 409
11.8.1 X 射線輻射的防護………………………………………… 409
11.8.2 微波泄漏的防護…………………………………………… 411
參考文獻…………………………………………………………………… 412
第12 章 速調管的振盪和不穩定性………………………………………… 414
12.1 引言………………………………………………………………… 414
12.2 電子槍區的二極體振盪…………………………………………… 415
12.2.1 主要實驗現象……………………………………………… 415
12.2.2 振盪的機理分析…………………………………………… 417
12.2.3 實驗現象的分析…………………………………………… 419
12.2.4 二極體振盪的計算機模擬………………………………… 420
12.2.5 二極體振盪的抑制方法…………………………………… 421
12.3 寬頻速調管中的諧振腔高次模振盪……………………………… 422
12.3.1 主要物理現象……………………………………………… 422
12.3.2 振盪原因的分析…………………………………………… 424
12.3.3 消除振盪的途徑…………………………………………… 425
12.3.4 高次模式振盪對速調管輸出頻譜特性的影響……………… 426
12.4 雙間隙耦合腔寬頻輸出電路的振盪……………………………… 427
12.4.1 π 模雙間隙耦合腔的振盪問題…………………………… 427
12.4.2 2π 模雙間隙耦合腔中的振盪和雜譜……………………… 428
12.4.3 抑制振盪和降低雜譜電平的方法………………………… 430
12.5 漂移管振盪和相鄰諧振腔耦合引起的振盪……………………… 435
12.5.1 漂移管振盪………………………………………………… 436
12.5.2 相鄰諧振腔耦合引起的振盪……………………………… 437
12.6 二次電子和反射電子引起的雜譜和振盪………………………… 438
12.6.1 多注速調管中的雜譜……………………………………… 438
12.6.2 收集極電子返流引起的振盪……………………………… 441
12.7 速調管的離子噪聲和不穩定性…………………………………… 443
參考文獻…………………………………………………………………… 444
第13 章 速調管的可靠性和壽命…………………………………………… 446
13.1 速調管故障類型…………………………………………………… 446
13.2 速調管可靠性和壽命的評估……………………………………… 447
13.3 速調管的故障模式和壽命………………………………………… 449
13.4 速調管故障模式分析……………………………………………… 455
13.5 速調管可靠性設計和試驗………………………………………… 459
13.5.1 速調管穩定性……………………………………………… 459
13.5.2 環境適應性的設計………………………………………… 460
13.5.3 可靠性試驗………………………………………………… 461
13.6 速調管的貯存故障………………………………………………… 463
13.6.1 故障的描述………………………………………………… 463
13.6.2 故障的分析和解決方法…………………………………… 464
參考文獻…………………………………………………………………… 465
第14 章 典型速調管………………………………………………………… 467
14.1 高峰值功率速調管………………………………………………… 467
14.2 連續波和高平均功率速調管……………………………………… 469
14.3 雷達用大功率速調管……………………………………………… 471
14.4 多注速調管………………………………………………………… 474
14.5 通信廣播用連續波速調管………………………………………… 476
14.6 電視廣播用速調管………………………………………………… 477
14.7 感應輸出管………………………………………………………… 478
參考文獻…………………………………………………………………… 479
