11反射式速調(diào)管的工作特性和波導(dǎo)管的工作狀態(tài)

1、微波實(shí)驗(yàn)一：反射式速調(diào)管的工作特性和波導(dǎo)管的工作狀態(tài)魯東大學(xué)近代物理實(shí)驗(yàn)室2008/04/14一、微波基礎(chǔ)知識(shí):微波技術(shù)是近代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)尖端科學(xué)技術(shù)，它不僅在通訊、原子能技術(shù)、空間技術(shù)、量 子電子學(xué)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面有著廣泛的應(yīng)用，在科學(xué)研究中也是一種重要的觀測(cè)手段，微波的 研究方法和測(cè)試設(shè)備都與無(wú)線(xiàn)電波的不同。從圖1可以看出，微波的頻率范圍是處丁光波和廣播電視所采用的無(wú)線(xiàn)電波之間，因此它兼有兩者的性質(zhì)，卻乂區(qū)別丁兩者。與無(wú)線(xiàn)電波相比，微波 有下述幾個(gè)主要特點(diǎn)A/ upio»15尸N I J ,I _ f . I一.，.! _L一一 L _ & . , _ 1 _ III

2、 r ,1' II II L L|- I I I piU ioioJ搟 ki* i（j>jia,s ioi"r削qiw m 虻松 財(cái)蛭 繁芥電諛母s電城龍?jiān)渪射犯圖1電磁波的分類(lèi)1 .波長(zhǎng)短（1m 1mm）：具有直線(xiàn)傳播的特性，利用這個(gè)特點(diǎn)，就能在微波波段制成 方向性極好的天線(xiàn)系統(tǒng)，也可以收到地面和宇宙空間各種物體反射回來(lái)的微弱信號(hào)，從而 確定物體的方位和距離，為雷達(dá)定位、導(dǎo)航等領(lǐng)域提供了廣闊的應(yīng)用。2. 頻率高：微波的電磁振蕩周期（10-9一 10-12sX艮短，已經(jīng)和電子管中電子在電極間的飛越時(shí)間（約109s）可以比擬，甚至還小，因此普通電子管不能再用作微波器件（振

3、蕩器、放大器和檢波器） 中，而必須采用原理完全不同的微波電子管 （速調(diào)管、磁控管和行波管等）、微波固體器件和量子 器件來(lái)代替。另外，微波傳輸線(xiàn)、微波元件和微波測(cè)量設(shè)備的線(xiàn)度與波長(zhǎng)具有相近的數(shù)量級(jí)，在 導(dǎo)體中傳播時(shí)趨膚效應(yīng)和輻射變得十分嚴(yán)重，一般無(wú)線(xiàn)電元件如電阻，電容，電感等元件都不再 適用，也必須用原理完全不同的微波元件（波導(dǎo)管、波導(dǎo)元件、諧振腔等）來(lái)代替。3. 微波在研究方法上不像無(wú)線(xiàn)電那樣去研究電路中的電壓和電流，而是研究微波系統(tǒng)中的電 磁場(chǎng)，以波長(zhǎng)、功率、駐波系數(shù)等作為基本測(cè)量參量。4. 量子特性：在微波波段，電磁波每個(gè)量子的能量范圍大約是10-610-3eV,而許多原子和 分子發(fā)射和吸

4、收的電磁波的波長(zhǎng)也正好處在微波波段內(nèi)。人們利用這一特點(diǎn)來(lái)研究分子和原子的 結(jié)構(gòu)，發(fā)展了微波波譜學(xué)和量子電子學(xué)等尖端學(xué)科，并研制了低噪音的量子放大器和準(zhǔn)確的分子鐘，原子鐘。（北京大華無(wú)線(xiàn)電儀器廠）5 .能穿透電離層：微波可以暢通無(wú)阻地穿越地球上空的電離層，為衛(wèi)星通訊，宇宙通訊和射 電天文學(xué)的研究和發(fā)展提供了廣闊的前途。綜上所述微波具有自己的特點(diǎn)，不論在處理問(wèn)題時(shí)運(yùn)用的概念和方法上，還是在實(shí)際應(yīng)用的 微波系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)上，都與普通無(wú)線(xiàn)電不同。微波實(shí)驗(yàn)是近代物理實(shí)驗(yàn)的重要組成部分。11二、反射式速調(diào)管的工作特性和波導(dǎo)管的工作狀態(tài)反射式速調(diào)管是一種微波電子管，一般用作實(shí)驗(yàn)室的小功率微波振蕩器，或者用

5、作微波接收機(jī)的本機(jī)振蕩器。反射式速調(diào)管是實(shí)驗(yàn)室使用的微波信號(hào)源的核心部分。熟悉速調(diào)管的原理、結(jié)構(gòu)、工作特性和使用方法， 是正確使用微波信號(hào)源的基礎(chǔ)。微波的振蕩周期與電子的渡越時(shí)間可以比擬，甚至還要小，使得普通電子管在微波波段不能使用；而反射 式速調(diào)管正是利用微波這一特點(diǎn)而設(shè)計(jì)成的微波振蕩管。測(cè)量速調(diào)管中電子的渡越時(shí)間，可以加深對(duì)速調(diào)管工 作原理的理解。微波在波導(dǎo)管中的傳播情況，可以歸結(jié)為三種狀態(tài)：匹配狀態(tài)、駐波狀態(tài)和混波狀態(tài)。觀測(cè)這三種狀態(tài)， 有助于熟悉匹配、反射和駐波等概念。波導(dǎo)中波傳播的相速度大于光速Co通過(guò)測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng)和頻率的方法來(lái)決定相速度、群速度和光速，不僅提供一種測(cè)量光速的簡(jiǎn)便方法

6、（有四位有效數(shù)字），而且可以進(jìn)一步明晰微波在波導(dǎo)管中傳播的物理圖像。本實(shí)驗(yàn)的目的要求是：1. 熟悉反射式速調(diào)管的結(jié)構(gòu)、特性和使用方法及波導(dǎo)管的三種工作狀態(tài)，并掌握微波的三種基本測(cè)量；2. 測(cè)量反射式速調(diào)管中電子渡越時(shí)間及波導(dǎo)管中波傳播的相速度、群速度和光速。一、原理速調(diào)管的工作特性l .速調(diào)管的結(jié)構(gòu)、特性和使用方法反射式速調(diào)管主要由陰極、諧振腔和反射極三部分組成（原理結(jié)構(gòu)圖參看圖015和圖0 16）。從陰極飛出的電子被諧振腔上的正電壓加速，穿過(guò)柵網(wǎng)。在反射極反向電壓的作 用下，運(yùn)動(dòng)電子返回柵網(wǎng)。當(dāng)滿(mǎn)足一定條件時(shí)，在諧振腔中產(chǎn)生微波振蕩，微波能量由同軸探針輸出。同軸嫁出反射械諧振脫圖0 15反射

7、式速調(diào)管的結(jié)構(gòu)原理圖圖0 16反射式速調(diào)管 K-27©同軸犒由陰踱骨帽,反射極的結(jié)構(gòu)圖反射式速 調(diào)管K-27常用 于3 Cm波段，圖 中給出了其結(jié)構(gòu) 圖。圖中調(diào)諧螺 釘?shù)淖饔檬峭ㄟ^(guò) 改變諧振腔兩個(gè) 柵網(wǎng)的距離來(lái)改 變調(diào)諧頻率。左圖017反射式速 調(diào)管K-27的特性曲線(xiàn) 左圖0 18電子調(diào)諧 范圍（陽(yáng)極電壓V0=300V,波長(zhǎng)入 =3.2Cm）反射式速調(diào)管的 特性曲線(xiàn)（在一定的 陽(yáng)極電壓情況下，輸 出功率P以及振蕩頻 率f與反射極電壓Vr 的關(guān)系曲線(xiàn)）如圖 0 17所不由圖可以看出下列特性：具有分立的振蕩模；改變反射極電壓會(huì)引起微波功率和頻率的變化；存在最佳振蕩模；各個(gè)振 蕩模的中心頻

8、率相同等等?？蓺w納為：（1）反射式速調(diào)管并不是在任意的反射極電壓數(shù)值都能發(fā)生振蕩，只有在某些特定值才能振蕩。每一個(gè)有振蕩輸出功率的區(qū)域，叫做速調(diào)管的振蕩模，n表示振蕩模的序號(hào)。（2） 對(duì)于每一個(gè)振蕩模，當(dāng)反射極電壓Vr變化時(shí)，速調(diào)管的輸出功率 P和振蕩頻率f都隨之變化。在振蕩換中心的反射極電壓上，輸出功率最大，而且輸出功率和振蕩頻率隨反射極電壓的變化也比 較緩慢。（3） 輸出功率最大的振蕩模，叫做最佳振蕩模（圖0 17中n= 3的振蕩模）。為了使速調(diào)管 具有最大的輸出功率和穩(wěn)定的工作頻率，通常使速調(diào)管工作在最佳振蕩模的中心反射極電壓上。（4） 各個(gè)振蕩模的中心頻率相同，（為什么？想想振蕩模的中

9、心頻率決定于什么？）通常稱(chēng)為速調(diào)管的工 作頻率。調(diào)整反射式速調(diào)管的振蕩頻率有兩種方法：“電子調(diào)諧”和“機(jī)械調(diào)諧”。用改變反射級(jí)電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)振蕩頻率變化的方法，稱(chēng)為“電子調(diào)諧”（可使頻率小范圍內(nèi)變化，一般 f<0.005f0）° 一個(gè)振蕩模的半功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率寬度，稱(chēng)為該振蕩模的“電子調(diào)諧范圍”（圖0 18中的| f1 f2 ）,半功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率寬度的比值！必稱(chēng)為“平均電子調(diào)諧率”。V1 _v2要使速調(diào)管的頻率有較大的變化，可以通過(guò)慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)諧螺釘（圖016）改變諧振腔的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種方法稱(chēng)為"機(jī)械調(diào)諧”。反射式速調(diào)管的工作狀態(tài)一般有三種：（i）連續(xù)振蕩狀態(tài)：就是

10、我們?cè)谏厦嬗懻撨^(guò)的工作狀態(tài)，亦即在反射板上不加任何調(diào)制電壓，調(diào)節(jié)反射極電壓使反射式速調(diào)管處在最佳工作狀態(tài)（在最佳振蕩模的最大輸出功率處，具有較好的功率和頻率 穩(wěn)定性）。（ii） 方波（或矩形脈沖）調(diào)幅狀態(tài)：圖0-19表示反射式速調(diào)管在方波調(diào)幅時(shí)的特性。為了獲得純粹的調(diào)幅振蕩，避免引起附加的調(diào)頻，調(diào)制電壓必須為嚴(yán)格的方波，而且要選擇合適的反射極電壓（直流工作點(diǎn)），使調(diào)制波形的一個(gè)半周處在兩個(gè)振蕩模的不振蕩區(qū)域內(nèi)，而另一個(gè)半周處在振蕩模的功率最大點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)中是 這樣做的：先使速調(diào)管處在連續(xù)振蕩的最佳位置，當(dāng)從連續(xù)狀態(tài)變到調(diào)幅狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)方波的幅度使得輸出功 率為連續(xù)狀態(tài)的一半，此時(shí)的調(diào)制幅度為合適

11、。圖0 19反射式速調(diào)管在方波調(diào)幅時(shí)的特性圖0 20反射式速調(diào)管在鋸齒調(diào)頻時(shí)的特性當(dāng)速調(diào)管處在調(diào)幅工作狀態(tài)時(shí)，在微波測(cè)量線(xiàn)路中配合使用測(cè)量放大器，可以提高測(cè)量靈敏度。（iii）鋸齒波（或正弦波）調(diào)頻狀態(tài)：圖0-20表示反射式調(diào)速管在鋸齒波調(diào)頻時(shí)的特性。速調(diào)管反射極電壓的直流工作點(diǎn)選擇在某一振蕩模的功率最大點(diǎn)，亦即選在頻率變化曲線(xiàn)的當(dāng)中，當(dāng)鋸齒波的幅度比振蕩模的 寬度小得多時(shí)，可以得到近似直線(xiàn)性的調(diào)頻信號(hào)輸出，而附加的調(diào)幅很小。當(dāng)速調(diào)管處在調(diào)頻工作狀態(tài)時(shí)，可用示波器觀測(cè)微波系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。反射式速調(diào)管的工作原理反射楹反射根圖0 21反射式速調(diào)管內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)軌跡為什么反射式速調(diào)管會(huì)產(chǎn)生微波振蕩？為

12、什么只有在某些特定的反射極電壓數(shù)值時(shí)才有輸出功率（存在著分立的振蕩模）？為什么能夠?qū)Ψ瓷涫剿僬{(diào)管進(jìn)行電子調(diào)諧和機(jī)械調(diào)諧？，為了回答這些問(wèn)題，這里簡(jiǎn)單介紹反射式速調(diào)管的工作原理。要研究振蕩的產(chǎn)生，就必須分析速調(diào)管中電子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。參看圖0 21 ,從陰極飛出的電子被諧振腔上的正電壓所加速，這時(shí)直流電源的能量轉(zhuǎn)化為真空中運(yùn)動(dòng)電 子的動(dòng)能。問(wèn)題就在于：怎樣把運(yùn)動(dòng)電子的動(dòng)能變成微波振蕩的能量？電子在加速電場(chǎng)的作用下飛入諧振腔， 在腔中激起感應(yīng)電流脈沖，使諧振腔中發(fā)生了振蕩，因而在兩個(gè)柵網(wǎng)間產(chǎn)生了一個(gè)微弱的微波電場(chǎng)。穿過(guò)柵網(wǎng) 的電子受到微波電場(chǎng)的作用，可能受到加速或減速，速度發(fā)生變化，亦即

13、電子受到速度調(diào)制。在正半周內(nèi)電子 被微波電場(chǎng)加速，微波電場(chǎng)把能量傳給電子；在負(fù)半周內(nèi)電子被微波電場(chǎng)減速，微波電場(chǎng)從電子取得能量。因 為電子是均勻連續(xù)地從陰極發(fā)出的，所以在正半周內(nèi)電子取得的能量等于負(fù)半周內(nèi)電子失去的能量。總起來(lái)說(shuō)，微波電場(chǎng)凈得的能量為零，微波振蕩不發(fā)生。為了產(chǎn)生振蕩，必須在加速的半周內(nèi)，使電子完全不通過(guò)間隙，或者通過(guò)的電子數(shù)比減速的半周時(shí)為少。那么，關(guān)鍵就在于：（1）怎樣把密度均勻的電子流變成疏密相間的電子流（電子的密度調(diào)制）？ （2）怎樣使密集的電子團(tuán)在通過(guò)柵網(wǎng)時(shí)正好受到微波電場(chǎng)的減速？上述的兩點(diǎn)要求是通過(guò)反射極來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了解釋電子團(tuán)的形成，讓我們來(lái)研究四個(gè)在不同時(shí)刻飛過(guò)柵

14、網(wǎng)的電子的運(yùn)動(dòng)并畫(huà)出它們運(yùn)動(dòng)的空間時(shí)間圖（圖0 21）:電子1通過(guò)柵網(wǎng)時(shí)，微波電場(chǎng) =0,速度不變，進(jìn)入反射空間，到達(dá)反射平面（假想的）后返轉(zhuǎn)；電子 2通過(guò)柵網(wǎng)時(shí)， 微波電場(chǎng)=E max,受到加速，越過(guò)反射平面后返轉(zhuǎn)；電子 3通過(guò)柵網(wǎng)時(shí)速度不變，進(jìn)入反射空間到達(dá)反射平面 后返轉(zhuǎn)；電子4通過(guò)柵網(wǎng)時(shí)，微波電場(chǎng)=-E max,受到減速，未到達(dá)反射平面就返轉(zhuǎn)。電子 3成為群聚中心， 它的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖 0 21中的粗線(xiàn)所示。在反射空間，距離 S。、諧振腔電壓 V。和反射極電壓 Vr合適的情況下，就有可能做到：圍繞著群聚中心電 子的密集電子團(tuán)回到柵網(wǎng)時(shí)受到微波電場(chǎng)的最大減速，這樣微波電場(chǎng)從運(yùn)動(dòng)電子掙得的能

15、量最大。如果把電子 從離開(kāi)柵網(wǎng)至回到柵網(wǎng)所需的時(shí)間叫做渡越時(shí)間（以C表示），則與群聚中心電子的渡越時(shí)間T0與微波振蕩周期T滿(mǎn)足下式：（0 19）c 0與電子的電量e,和質(zhì)量m、（0 20）感興趣的話(huà)可推導(dǎo)一下上式。t 0= （n+3/4 ） T,n=1,2,3,時(shí)，電子流給出的功率最大，這一條件相當(dāng)于振蕩的位相條件。顯然，渡越時(shí)間mV0，2e反射空間的距離 S。、反射極電壓 Vr以及諧振腔電壓 V°等有關(guān)，它們滿(mǎn)足下式:4S00 一 V0 Vr群聚中心電子在反射空間中的運(yùn)動(dòng)，就好像在重力場(chǎng)中鉛直上拋小球的運(yùn)動(dòng)一樣。利用式（0 19）、（0 20）,并注意到T=1/f （f位微波頻率）

16、,我們有mV04So=n §4_. 2e f：.0fV0 -|Vr上式表明：只有V。和Vr為某些值時(shí)才能產(chǎn)生振蕩，而且對(duì)于一定的 n和V。，改變Vr會(huì)引起f的改變，因此反射式速調(diào)管具有如圖 0-17所示的工作特性曲線(xiàn)，從而也就不難解釋本節(jié)開(kāi)始時(shí)提出的那些問(wèn)題。值得指出 的是，由式（0 19）可以看出微波振蕩周期與電子渡越時(shí)間可以比擬甚至還要小，這就是我們?cè)诒締卧灾兄v到的微波特點(diǎn)之一。反射式速調(diào)管之所以能產(chǎn)生振蕩，正是巧妙地利用了這一特點(diǎn)。滿(mǎn)足了位相條件，只是說(shuō)明振蕩可能產(chǎn)生而不是一定會(huì)產(chǎn)生。如果直流的電子流太小，由群聚中心電子團(tuán) 所能傳遞給微波電場(chǎng)的功率不足以克服電路和負(fù)載中的損

17、耗時(shí)，振蕩就不發(fā)生。因此，要使振蕩發(fā)生，還需要 第二個(gè)條件，即要求直流電子流大于某一最小電流（起始電流），也即i >i0o這一條件相當(dāng)于振蕩的幅值條件，起始電流i°與電路及外負(fù)載有關(guān)，并與（n + 3/4）成比例。式（019）、（0 20）就是振蕩的位相條件和幅值條件，當(dāng)這兩個(gè)條件都滿(mǎn)足時(shí)，微波振蕩常常會(huì)發(fā)生。使用速調(diào)管振蕩器時(shí)要注意愛(ài)護(hù)儀器，熟悉儀器面板上各個(gè)開(kāi)關(guān)、旋鈕的作用，并采取正確的使用方法（注意施加電壓的步驟和各極電壓的極限值）。2 .電子渡越時(shí)間的測(cè)定（選做）測(cè)量速調(diào)管中電子的渡越時(shí)間，可以加深對(duì)速調(diào)管工作原理的理解。群聚中心電子的渡越時(shí)間 t 0由下列關(guān)系式?jīng)Q定：

18、3 4S0 mV00 =（n ）T（n=1,2,3, , ）0 =' 2e4 V0 Vr這里，Vr是相應(yīng)的模中心反射極電壓。以上兩式中含有兩個(gè)未知量：n （振蕩模的序號(hào)，參看圖017）和So（反射空間距離）。利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（在我們的實(shí)驗(yàn)中可以觀測(cè)到四個(gè)振蕩模）和下式mV0 02e3f =n + 3（1 -1）V° Vr4可以算出n和S。下面介紹兩種方法。（1） 求解方程法式（I 一 1）中含有兩個(gè)未知量，原則上有兩個(gè)方程聯(lián)立即可求解。由四個(gè)振蕩模的數(shù)據(jù)可以列出四個(gè)方程，兩兩組合解出n和S。，再求平均值作為測(cè)量結(jié)果。（2） 擬合直線(xiàn)法將式（I I）變成直線(xiàn)方程y= a+ bx其中

19、x= （V。+ |Vr）-1當(dāng)式（II）中的n取值為n, n+ 1, n+ 2, n+ 3時(shí)，相應(yīng)有y= I, 2,上 4a = 0.25 n, 4Sm2e -f0（1 2）利用計(jì)算器可以求出截距 a、斜率b和相關(guān)系數(shù)r。已知電子電量e= 1.602 x 10-19C，質(zhì)量m= 9.109X 10-31 kg，由試驗(yàn)數(shù)據(jù) V。Vr , f°以及a, b,可由式（1一 2）求出n和S。，從而算出群聚中心電子的渡越時(shí)間t °。測(cè)量結(jié)果表明，渡越時(shí)間和微波振蕩周期可以比擬,甚至還要小。（三）波導(dǎo)管的工作狀態(tài)I. 波導(dǎo)管中波的傳播特性一般說(shuō)，波導(dǎo)管中存在入射波和反射波。描述波導(dǎo)管中

20、匹配和反射程度的物理量是駐波比或反射系數(shù)。由于終端情況不同，波導(dǎo)管中電磁場(chǎng)的分布情況也不同，可以把波導(dǎo)管的工作狀態(tài)歸結(jié)為三種狀態(tài)：匹配狀態(tài)、駐波狀態(tài)和混波狀態(tài)，它們的電場(chǎng)分布曲線(xiàn)分別|£1所以在駐波波腹處 Emax=Ei +E，駐波波節(jié)處 恒皿=Ei E=0 ;在混波狀態(tài)，終端是部分反射，EEj|,<i-ins>iBd1 ki 3（C）圖0 6電場(chǎng)隨l而變的分部曲線(xiàn)=Ei ;在駐波狀態(tài)，終端發(fā)生全反射，|Ei|=E|,如圖0 6所示。在匹配狀態(tài)，由于不存在反射波，所以電場(chǎng) Ey所以 |Emax=Ei +E，Emm =Ei E部。我們知道，波導(dǎo)管中的波導(dǎo)波長(zhǎng)入g。大于自由空

21、間波長(zhǎng) 入。由于C =入 f,Vg=入 gf式中c為光速，Vg為相速度。可見(jiàn)波在波導(dǎo)管中傳播的相速度Vg大于光速Co顯然，任何物理過(guò)程都不能以超過(guò)光速的速度進(jìn)行，理論分析表明，相速度只是相位變化的速度，并不是波導(dǎo)管中波能量的傳播速度（即群速度。）,因此相速度可以大于光速。矩形波導(dǎo)管中TE10波的物理圖像為：一個(gè)以入射角0 （。= cos-1 （入/ 2a）射向波導(dǎo)管窄壁的平面波，經(jīng)過(guò)窄壁的往復(fù)反射后，由入射波和反射波疊加而成TE10波。由此可見(jiàn)，波沿波導(dǎo)管軸傳播的相速度Vg自然要比斜入射的平面波傳播速度C來(lái)得大。由相速度 Vg、群速度U和光速C的關(guān)系式2VgU = C可以看出波能量沿波導(dǎo)管軸傳

22、播的速度（群速度U）小于光速。實(shí)驗(yàn)中，我們通過(guò)測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng)入g和頻率f來(lái)決定光速C、相速度Vg和群速度U。2. 駐波測(cè)量線(xiàn)的調(diào)整、 使用和駐波測(cè)量駐波測(cè)量線(xiàn)是微波實(shí)驗(yàn)室不可缺少的基本儀器，可利用它來(lái)進(jìn)行多種微波參量的測(cè)量。因此，我們要熟悉駐波測(cè)量線(xiàn)的結(jié)構(gòu)，掌握它的正確使用方法（如調(diào)整探針有合適穿 伸度、調(diào)諧、晶體檢波律等），并利用它來(lái)測(cè)量駐波比和波導(dǎo)波長(zhǎng)。我們說(shuō)過(guò)，“調(diào)節(jié)匹配”是微波測(cè)試中必不可少的概念和步驟，怎樣把微波系統(tǒng)調(diào)到匹配狀態(tài)呢？按照駐波比的定義max要降低P，須把E max調(diào)小或把|Emin調(diào)大。在實(shí)驗(yàn)中，可把駐波測(cè)量線(xiàn)的探針?lè)旁隈v波極小點(diǎn)或極大點(diǎn)處，采用把|Emin調(diào)大或把|Em

23、ax調(diào)小的方法進(jìn)行調(diào)配。如把探針?lè)旁跇O小點(diǎn)處，則調(diào)節(jié)接在測(cè)量線(xiàn)端點(diǎn)的調(diào)配元件，使探針的輸出功率稍為增大（不要增大太 多，否則會(huì)發(fā)生假象波形移動(dòng)，這時(shí)極小點(diǎn)功率并不增大），然后左右移動(dòng)探針，看看極小功率是否真正增大。這樣反復(fù)調(diào)配元件，使極小點(diǎn)功率逐步增大，直至達(dá)到最佳匹配狀態(tài)。3. 晶體的檢波特性曲線(xiàn)和檢波律的測(cè)定（選做） 在測(cè)量駐波比時(shí)，駐波波腹和波節(jié)的大小由檢波晶體的 輸出信號(hào)測(cè)出。晶體的檢波電流 I和傳輸線(xiàn)探針附近的高頻電壓 E的關(guān)系必須正確測(cè)定。根據(jù)檢波晶體的非線(xiàn) 性特征，可以寫(xiě)出I = kiEn（1 一 3）如駐波測(cè)量線(xiàn)晶體檢波律 n=1稱(chēng)為直線(xiàn)性檢波，n= 2稱(chēng)為平方律檢波。n的數(shù)值

24、可按下法測(cè)定。令駐波測(cè)量線(xiàn)終端短路，此時(shí)沿線(xiàn)各點(diǎn)駐波振幅與終端距離l的關(guān)系為sin（1 一 4）設(shè)以線(xiàn)上1 = 1。處的電場(chǎng)駐波波節(jié)為參考點(diǎn)，將探針由參考點(diǎn)向左移動(dòng)，線(xiàn)上駐波電場(chǎng)值E由零增大，而檢波電流I也相應(yīng)地由零增大，每一駐波電場(chǎng)值便有一相應(yīng)的檢波電流值。如果測(cè)量時(shí)不必知道檢波律n,我們由實(shí)驗(yàn)測(cè)1（1），由式（1 4）算出E（1），直接畫(huà)出I E的關(guān)系曲線(xiàn)，利用它可以由實(shí)際測(cè)得的檢波電流值找1 1 ） O出相應(yīng)的駐波電場(chǎng)相對(duì)值，從而求出正確的駐波比（參看圖圖11晶體檢波器特性的測(cè)定如果需要知道檢波律 n,可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)量在兩個(gè)相鄰波節(jié)之間的駐波曲線(xiàn)I （1）,再利用下列關(guān)系式定出n：-0.3

25、010n =7：11og10 cosg其中 1為駐波曲線(xiàn)上I = Im/ 2兩點(diǎn)的距離，Im為波腹的檢波電流。上式不難由式（1 一 3）和（1 4）求得,同學(xué)可自行證明。二、.實(shí)驗(yàn)裝置考慮到觀測(cè)速調(diào)管工作特性和波導(dǎo)管工作狀態(tài)的需要，以及熟悉常用微波元件和掌握三種基本測(cè)量的要 求，我們采用圖1 2的實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路。波長(zhǎng)計(jì)單螂調(diào)配器圖1 2實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路速調(diào)管電源提供陽(yáng)極電壓、反射極電壓和燈絲電壓，有的還提供反射極的調(diào)制電壓（方波調(diào)制和鋸齒波調(diào)制）。參考型號(hào)：WY -19A型速調(diào)管電源。（北京大華無(wú)線(xiàn)電儀器廠）速調(diào)管一般采用 K 一 27型反射式速調(diào)管，工作頻率為8600 9600MHz。整個(gè)微波測(cè)量線(xiàn)路由

26、3cm波段波 導(dǎo)元件組成，其主要元件為隔離器（GLX 2型）、波長(zhǎng)計(jì)（BD1/035A型）和駐波測(cè)量線(xiàn)（DH364A00型）。當(dāng)速調(diào)管處在連續(xù)狀態(tài)時(shí)，指示器A , B為光點(diǎn)檢流計(jì)或檢波指示器；處于方波調(diào)幅狀態(tài)時(shí)，A , B為測(cè)量放大器（DH388A0型）；處于鋸齒波調(diào)頻狀態(tài)時(shí)，A, B為示波器。X輸入端，終端當(dāng)用示波器觀測(cè)速調(diào)管的振蕩模時(shí)，對(duì)速調(diào)管進(jìn)行鋸齒波調(diào)頻，并將鋸齒波輸?shù)绞静ㄆ鞯牡木w檢波接頭輸?shù)?Y輸入端。圖1 -2實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)單螺調(diào)配器來(lái)改變駐波測(cè)量線(xiàn)的終端情況，觀測(cè)波導(dǎo)管的三種工作狀態(tài)，也可以去掉單螺調(diào)配器以后各個(gè)元件，在駐波測(cè)量線(xiàn)終端接上可變電抗器（短路活塞）來(lái)觀測(cè)駐波狀態(tài)， 或接上匹配負(fù)載來(lái)觀測(cè)匹配狀態(tài)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）觀測(cè)速調(diào)管的工作特性1. 觀測(cè)速調(diào)管的各個(gè)振蕩模按正確步驟開(kāi)啟電源，使速調(diào)管處于最佳工作狀態(tài)。調(diào)節(jié)短路活塞、匹配螺釘 和單螺調(diào)配器使晶體檢波接頭的輸出最大。改變反射極電壓，觀測(cè)速調(diào)管各個(gè)振蕩模（要求：V