真空電子技術(shù)題庫南京理工大學(xué)

1、1.速調(diào)管的定義？答：速調(diào)管是用電子流做媒質(zhì)，利用電子渡越時間效應(yīng)，以對電子注的速度調(diào)制并轉(zhuǎn)為密度調(diào)制為基本原理，將電子注直流能量轉(zhuǎn)換成高頻能量的一種裝置。2.速調(diào)管的基本理論基礎(chǔ)？答：當(dāng)速度vo的電子注穿過具有外加調(diào)制電壓U(t)=sinwt的諧振腔間隙時，由于電子在穿越間隙的過程中，間隙的電壓不斷變化，電子的動能也隨之發(fā)生變化，穿出間隙后的電子速度就各不相同了，電子注受到了速度調(diào)制。電子再進入無電場的漂移管中按慣性運動，速度快的電子趕上出發(fā)早但速度慢的電子，而速度慢的電子則逐漸落后于保持速度不變的電子，從而形成了電子注的密度調(diào)制，建立起疏密不均的電子注。這便是速調(diào)管的最基本的理論基礎(chǔ)。3.

2、 問：行波管工作理論依據(jù)：答案：行波管是依靠和電磁波同步的電子把能量交給電磁波而實現(xiàn)放大。從電子槍中發(fā)射出來的電子在進入慢波結(jié)構(gòu)時可能在電場的4個典型相位：如圖，A和C兩類電子處于零電場處和電磁波沒有互作用，即沒有能量交換。B類電子處于加速場中，將從電磁波中吸收能量。D類電子處于減速場中，將把能量交給電磁波。電子槍發(fā)射的電子是連續(xù)的，故B類電子的數(shù)量=D類電子的數(shù)量，所以D類電子所交出的能量=被B類電子吸取的能量。這一過程中還伴隨著“電子群聚”的過程，即B類電子被加速后將比C類電子快而趕上C類電子，D類電子被減速后將比C類電子慢而向C類電子靠攏，即大部分電子都將聚集在C類電 子附近。如果使電子

3、的速度略微高于電磁波的速度，那么群聚在C類電子處的電子將進入減速場區(qū)中，交出能量。A類電子將進入加速場區(qū)中，從電磁波處取得能量，但A類電子是極少數(shù)，因此總的結(jié)果是電子交出能量，電磁波得到放大。4. 問：根據(jù)下圖說明雙管放大比單管放大更有優(yōu)勢的原因（注：PN=kTNF GF）答案：根據(jù)行波管噪聲計算公式：PN=kTNF GF，k為玻爾茲曼常數(shù)，T為室溫，F(xiàn)為行波管的工作帶寬Hz，NF為行波管的噪聲系數(shù)（倍數(shù)），G為行波管的增益（倍數(shù)）。前面四個變量在現(xiàn)實條件確定的情況先都是常量，唯一的變量只有增益G。從上圖可以看出，兩個放大系統(tǒng)最后的信號增益都是70dB，單管噪聲為1.2W，信噪比只有23dB，

4、如果將單管拆分為兩管（增益分別為30和40dB），其分別產(chǎn)生的噪聲為0.12mW和1.2mW，原小于單管的1.2W，而且雙管中30dB的管子產(chǎn)生的噪聲還要經(jīng)過功分器和各種調(diào)制解調(diào)器及均衡器的損耗，到達輸出時雖然經(jīng)過了后一個行波管的放大，但相對信號來說還是很小。雙管比單管信噪比提高了將近20dB，可見合理分配增益很重要。5. 周期永磁聚焦結(jié)構(gòu)的特點和缺點？答：首先，它的體積和重量都很小，無論行波管多長，內(nèi)徑都不需要加大。 其次，由于每片磁鋼都是反向的，它們的雜散磁場相互抵消，總的雜散磁場較小，也較易屏蔽。 第三，由于高磁能積得釤鈷磁鋼的出現(xiàn)，磁場的周期可以做得比較小而軸向磁感應(yīng)強度卻較高，因此可

5、以滿足大多數(shù)行波管的要求，從而得到了廣泛的應(yīng)用。 6. 行波管中射頻噪聲產(chǎn)生的原因？射頻噪聲可以用哪三種方法表征？答：首先，是陰極發(fā)射的散粒效應(yīng)，即陰極發(fā)射電子不是均勻的，而是隨時間做無序的變化，造成電子注電流的無序密度調(diào)制而形成噪聲。 其次，是陰極發(fā)射電子的速度零散，造成電子注電流的無序速度調(diào)制，在互作用區(qū)轉(zhuǎn)化成無序密度調(diào)制而使噪聲輸出增加，這兩者都會由于陰極溫度的升高而增加，因此射頻噪聲和陰極溫度有很大的關(guān)系。 第三，是電子注電流被各電極截獲造成的噪聲的增加，這是因為電子被各電極截獲過程也有一定的隨機性。 可以用噪聲系數(shù)、噪聲頻譜密度、總噪聲輸出功率來表征。7. 詳述磁控管的基本結(jié)構(gòu)？答：

6、磁控管的基本結(jié)構(gòu)包括：陽極諧振系統(tǒng)、陰極、能量輸出裝置、頻率輸出裝置、頻率調(diào)諧機構(gòu)和磁路系統(tǒng)。陽極諧振系統(tǒng)是由許多單個諧振腔組成的首尾相連的諧振腔鏈；陰極是發(fā)射電子的電極，通常做成圓筒形并與陽極諧振系統(tǒng)同軸放置；能量輸出裝置的作用是把存儲在諧振腔內(nèi)的高頻能量耦合傳輸?shù)酵庳?fù)載；頻率調(diào)諧機構(gòu)是用于改變磁控管頻率的裝置；磁路系統(tǒng)是用以保證提供磁控管合適磁場強度的系統(tǒng)。8. 毫米波磁控管的特點？ 答：(1)尺寸變化對頻率影響大，加工公差在0.01mm以內(nèi)。（2）陽極功率密度大。(3)陰極電流密度大，通常為厘米波管的5倍以上，陰極是決定壽命的重要因素。(4)模式干擾問題突出，由于毫米波波長短，管內(nèi)結(jié)構(gòu)中

7、任何隙縫都可能使模式傳輸或模式耦合產(chǎn)生諧振，干擾模式的抑制十分重要。9. 高功率微波源HPM的定義是什么？ 答：【一】高峰值功率源（窄帶源），峰值功率超過100MW，頻率范圍在1300GHz之間，包括厘米波和毫米波范圍?！径扛咂骄β试矗▽拵г矗╅L脈沖，高重頻或連續(xù)波工作狀態(tài)的波。10. 回旋管的基本原理？答：一個空心環(huán)電子注從磁控注入電子槍(mig)的環(huán)型陰極出發(fā),在傾斜電場與磁場的作用下,產(chǎn)生一個初始回旋運動。從電子槍出來的電子橫向能量比較小,經(jīng)過一段縱向磁場緩慢上升的過渡區(qū),回旋電子注受到絕熱壓縮,電流密度增大,電子注半徑減小,而回旋能量逐漸增加,電子注中的電子即有橫向速度,又有縱向速

8、度,當(dāng)橫向速度與縱向速度的比值達到要求時,螺旋運動的電子注進入注-波互相作用區(qū),與電磁波交換能量。所有電子在橫向均做相同的回旋運動,回旋中心位于一個半徑為R0的圓周上。 電子注中的每個電子均在做相同的回旋運動。在每個回旋軌道上均有很多電子在做初始回旋頻率及回旋半徑相同且相位相同的回旋運動。11. 何為慢波結(jié)構(gòu)？為何要設(shè)計慢波結(jié)構(gòu)？ 所謂慢波結(jié)構(gòu)，就是能使其中所傳輸?shù)碾姶挪ㄔ谀骋环较虻南嗨贉p慢的結(jié)構(gòu)，又稱慢波結(jié)構(gòu)線。為了使進入微波放大管的高頻信號電磁波得到放大，要求電子流與電磁波能長時間發(fā)生相互作用，以電子為媒介，將直流能量變換為高頻能量。在真空或大氣中電磁波的相速度等于光速，而微波管中電子所能

9、達到的速度只有光速的幾分之一到十幾分之一，為了使電磁波的速度與電子流同步，只有使電磁波的速度減慢。慢波結(jié)構(gòu)就是為這個目的而設(shè)計的。12. 軸向注入式前向波放大管的優(yōu)點？ (1)使電子重復(fù)使用以保持器件高效率，因為部分作用過的電子進入漂移區(qū)后還可以重新應(yīng)用。輸入端和輸出端之間的漂移空間可用來防止高頻反饋。 (2)采用軸向注入的空心注以及收集極收集未用過的空間電荷可以降低噪聲，并保持小信號下的穩(wěn)定性。(3)采用了多級收集極以在不同輸出功率電平下保持最大效率，使得在飽和功率下有效地工作，從而滿足必要的線性要求。 (4)分布發(fā)射的概念還用在管內(nèi)，從而使得陽極耗散均勻，也保證了陰極上的最小發(fā)射密度，使長

10、壽命成為可能。13. 說明冷陰極觸發(fā)管的基本結(jié)構(gòu)。典型的冷陰極觸發(fā)管是一種陶瓷金屬（或玻璃金屬）封裝的三電極充氣開關(guān)器件，主要設(shè)計用于在短時間內(nèi)控制通導(dǎo)一定的電流能量。其基本結(jié)構(gòu)如圖。在一個由陶瓷或玻璃組成的絕緣密封腔內(nèi)，封裝有3個金屬電極，分別為觸發(fā)極、相鄰電極和相對電極。14. 冷陰極觸發(fā)管的工作原理。正常情況下，當(dāng)主間隙兩端的施加的電壓低于管子的自擊穿電壓時，管子不會導(dǎo)通擊穿。此時若在觸發(fā)極上施加一個具有一定幅值和寬度的觸發(fā)脈沖，觸發(fā)極和相鄰電極之間的觸發(fā)間隙擊穿導(dǎo)通，產(chǎn)生放電，形成的觸發(fā)等離子體在主間隙電場作用下向主間隙中運動，并在主間隙中產(chǎn)生繁流、流光過程。當(dāng)流光以極快的速度傳播到對

11、面的電極后，主電極之間就以明亮、多支、斷續(xù)的火花通道連接起來，形成主間隙擊穿，即管子的導(dǎo)通，主間隙近似短路，存儲在主間隙兩端的能量通過此通道被泄放掉。當(dāng)能量被泄放干凈，主間隙之間的電壓降低到一定值，放電不能再持續(xù)下去，管子就會在一個很短的時間內(nèi)恢復(fù)到正常的絕緣狀態(tài)，這就是一次完整的觸發(fā)管工作循環(huán)。15. 陰極性能一般要求.答：1、蒸發(fā)物要少，避免其他電極被污染。2、抗氣體及金屬蒸汽中毒性能要好。3、優(yōu)異的抗離子轟擊性能 。4、合適的工作溫度、工作期限及儲存性能16. 陰極的發(fā)射機理及簡介。答：1、熱電子激發(fā) 當(dāng)物體被加熱時，電子的能量隨溫度的升高而增大，其中有的電子就能克服表面勢壘而逸出物體。2、次級電子發(fā)射物體表面受電子轟擊，當(dāng)陰極電子具有足夠動能時將觀察到物體表面有電子發(fā)射出來，稱為次級電子發(fā)射。3、場致發(fā)射 物體表面受強電場作用而發(fā)射電子的現(xiàn)象稱為場致電子發(fā)射。4、鐵電陰極在鐵電材料表面覆上兩電極，施加高壓驅(qū)動脈沖后，則有強烈的電子釋放5、光電子發(fā)射物體吸收光照后釋放電子。6、自釋電子發(fā)射物體表面受到機械作用、氣體放電作用、紫外光或X光照射后發(fā)射電子的現(xiàn)象17.