微波传输线振荡器的构成原理及电路 具体解释

微波传输特性的基础知识 “微波”通常是指波长在 — 的电磁波，对应的频率范围为： — ，它介于无线电波和红外线之间，又可分为分米波、厘米波、毫米波、亚毫米波。微波与低频电磁波一样，具有电磁波的一切特性，但由于微波的波长较短、频率高因此又具有许多独特的性质，主要表现在：1、 描述方法：由于电磁波的波长极短，与使用的元件和设备的尺寸可以相比拟，在低频段由于能量集中其传播性质用“路”的概念来描述，使用的元件称为集中参数元件（电阻、电容、电感等）；而微波的传播应利用“场”的概念来处理，使用的元件为分布参数元件（波导管、谐振腔等）。因此低频电路的电流、电压、电阻等不再适用，而是采用等效方法处理；微波测量则以功率、波长、阻抗取代了电流、电压、电阻等。2 、产生方法：微波的周期在 — 与电子管内电子的渡越时间（约为 ）相近，因此微波的产生和放大不能再使用普通的电子器件，取而代之的是结构和原理完全不同的微电子元件——速调管、磁控管、行波管及微波固态器件。3、 光似性：由于微波介于无线电波和红外线之间，因此不仅具有无线电波的性质同时具有光波的性质：以光速直线传播、反射、折射、干涉、衍射等。4、 能量强：由于微波的频率高，故可用频带宽、信息容量大，且能穿透大气层因此可广泛用于卫星通讯、卫星广播电视、宇宙通讯和射天天文学的研究。由于微波的这些特性，使微波在通信、雷达、导航、遥感、天文、气象、工业、农业、医疗、以及医学等方面得到广泛应用。 一、 微波元件简介1. 固态振荡器（固态信号源）微波振荡器（信号源）是产生微波信号的装置，常见的有磁控管振荡器、速调管振荡器和固态振荡器几种。磁控管振荡器功率大体积大，常用来提供大功率信号；速调管振荡器结构简单、使用方便，但效率低一般只有0.5%—2.5%，输出功率小一般在，因此比较适合实验室使用。固态振荡器则是一种较新型的信号源，可分为微波晶体管振荡器、体效应管振荡器、雪崩二极管振荡器等。固态振荡器振荡频率高最高振荡频率可达几百千兆；输出功率最大可达几十瓦以上，脉冲功率可达几千瓦；支流功率转换为微波功率较高，最高可达50%以上。这里主要介绍实验室常用的由体效应二极管振荡器。1963年美国国际商业机器公司发现的 ，砷化镓和磷化铟等材料的薄层具有负阻特性，因而无需P-N接即可产生微波振荡，它的工作原理与通常由P-N节组成的半导体器件不同，它不是利用载流子在P—N内运动特性，而是利用载流子在半导体内的体内体内运动特性，是靠砷化镓材料“体”内的一种物理效应（负阻效应）所以称为体效二极管或耿氏管（Gun管）。体效应二极管由截止式衰减器以及用来调制微波脉冲幅度的PIN调制器组成。实验室常用的3cm固态信号源的频率调节范围大约8.6一9.6GHz。 体效应振荡器是微波信号源的核心元件， I (A)它是利用具有负阻特性的半导体材料砷化镓制成的，由于砷化镓具有双能级结构，上、下两个能级差为0.36Mev；处于不同能级的电子具有不同的有效质量和不同的迁移率，其中上能级有效质量大迁移率小。当下导带电子的能量增加到0.36Mev时，下导带的电子就会被激发到上导带上去，使它在某一区域内呈现负阻特性，即出现起伏安特性曲线 图（1） U(V)如图（1）所示：由此可知体效应管内能够产生一个震荡电流，使砷化镓的厚度足够地小，体效应管可以产生类似脉冲尖峰的振荡波形，振荡频率很高，即产生微波信号。典型的耿氏二极管如图所示：由铜螺纹（接到直流电源的负极上）、铜底座（外加散热器）、陶瓷圆环（绝缘作用）、金丝引线、砷化镓片子、顶帽（正极）组成，若将耿氏二极管安装在谐振腔的适当位置上，只要在它的两端加上直流电压，就可以在谐振腔内产生微波振荡，构成微波负阻振荡器。耿氏二极管的主要性能参数为：工作频率10GHz左右，工作电压10V，工作电流0.2—0.6A，输出功率0.03——0.1W，最大耐压能力14V。2． 隔离器 是一种不可逆的衰减器,正向衰减较小，约0.1dB，反向衰减很大，可达几十dB，因此只允许微波单方向通过，对反方向传播微波呈电阻吸收。隔离器常用于振荡器与负载之间，起到隔离和单向传输作用。隔离器一般由铁氧体材料制成，铁氧体是一种磁性材料，由二价的金属锰、镁、镍]铜、等氧化物和氧化铁烧制而成，它既具有磁性材料的导磁性，又具有较高的电阻率，一般可达 ，由于其电阻率很高，电磁场能够渗入内部起作用而损耗很小因此得到广泛应用。 隔离器 衰减器隔离器分为谐振式和场移式两种，谐振式功率较大，实验室常用场移式，它是在波导内的适当位置放置一片两端呈尖劈形（为了减少反射）铁氧体片，使其表面与波导窄面平行，表面附有吸收片（由石墨粉或镍铬合金制成）并外加恒定磁场制成。在铁氧体内加上一个恒定磁场使铁氧体内的电子产生进动与此同时再加上与恒定磁场垂直的高频右旋或左旋极化磁场，由于这两种磁场与电子进动方向分别相同和相反，因此产生不同的磁导率 和 而且随恒定磁场的大小而变化，当铁氧体片的厚度、位置和磁场强度选取适当时，产生非互易性的场效应，既当电磁波在波导管中正向传播的波为右旋圆极化时铁氧体呈现磁导率 为一负值右旋圆极化场被“排除”铁氧体外，吸收材料的表面电场为0，几乎无衰减。当电磁波反向传播时为左旋圆极化场被“吸入”铁氧体内，被吸收材料表面电场很大被吸收，反向衰减很大。3．衰减器 衰减器是一种电阻性器件，用来衰减微波的功率和电平。 衰减器可分为固定式和可变式两种，也可以分成吸收式衰减器、旋转式极化衰减器以及过极限衰减器。实验室常用吸收式可变衰减器，它是在波导内加装可移动的衰减片，衰减片是在介质片上涂上电阻性薄膜的介质片（例在玻璃上喷涂镍铬），移动衰减片的位置或深度可以改变对电磁波的吸收程度，从而改变波导管内电磁波的强度，调节信号的强弱。4．频率计（波长表）是利用谐振腔来测量频率的元件，它通常选用同轴或圆柱波导为谐振腔制成的，又“吸收式”谐振频率计，它的腔体通过耦合元件耦合到一段直波导上，当它的腔体失谐时，腔体内电磁场极弱，此时不吸收能量，基本不影响波导内电磁波的传播，相应地接在终端的检波器的示数保持恒定大小的信号输出。移动谐振腔一端活塞的位置，来改变谐振腔的长度，可以改变谐振腔的固有频率。当它的固有频率与微波的频率相同时，就会发生共振吸收，从电磁场中吸收能量，使其能量减少，出现共振吸收峰。读出此时测微计的示数，从附表中查出对应的频率，利用波长与频率的关系可以求出电磁波在自由空间的波长。波长表（频率计）负 载5负载微波传输中接入一些元件对电磁波产生特定的影响，可分为匹配负载和电抗元件（或负载）。匹配负载通常做成波导管的形式，内装吸收片，它的材料是涂有金属碎沫（例如铂金）或碳膜的介质片，介质一般选用玻璃、瓷胶纸等，做成劈形可微波缓慢吸收，其形状及大小决定吸收程度，。匹配负载的吸收率较大几乎将进入其中的微波全部吸收，可认为无反射，驻波比 =1.06。电抗元件包括膜片、调谐螺钉和短路活塞三种。膜片可分为：1）电容性膜片——将其置于波导管中使电场加强，相当于跨接与双线的电容器，呈现电容特性性。 2）电感性膜片——将其置于波导管中由于膜片电流使膜片周围磁场集中，相当于跨接与双线的电感器，呈现电感特性。3）调协窗——将电容性膜片和电感性膜片组合在一起，成为中间开孔的膜片，相当于接入一个L—C振荡回路， 调谐螺钉是矩形波导管中央位置插入螺钉时，该处的电磁场将发生变化：当插入深度 较浅（ ）时使电场增强，呈现容性； 时电容和电感相等，形成串联谐振；当 时感抗大于容抗，呈现感抗性。6．驻波测量线测量线又称驻波测量仪，是用来测量波导中驻波分布规律的仪器，可分为测量驻波测量线电场和测量磁场两种。实验室常用第一种，它由一段沿纵向开有细长槽的直波导与一个可沿槽移动的带有微波晶体检波器的探针探头组成。探针经过槽插入传输线内，从中拾取微波功率以测量微波电场强度的幅值沿轴线的分布规律，探针的位置可由测量线上附的标尺或测微计读出。7、晶体检波器晶体检波器的核心元件是采用半导体点接触的二极管（又称为微波二极管），其结构如图所示：形状一般为子d状，外壳为高频铝磁管；晶体检波器就是在异端波导管中安上微波二极管，如图所示，将微波二极管插入波导管的宽边中心，以便检测波导管两宽边间的感应电压，为了得到较大的检波信号，通常在通过调节其后端短路活塞的位置使其与二极管的间距为 ，使检波二极管位于电场最大处。 微波二极管检波器结构示意图 7．调配器调配器是用来调节波导系统使其达到匹配状态的装置，可分为单螺调配器、三螺调配器和双T接头调配器等几种。单螺调配器实质上是一段带有螺钉的矩形波导，螺钉的作用相当于并联在波导截处的短路支线，改变螺钉的深度及在波导管中的位置，就可将它调节到任意所需的阻抗：当插入深度 时，它呈现一个等效并联电感，当插入深度 时它呈现一个等效并联电容， 的值大约等于 时会发生串联型谐振，此时波导处于短路状态，实际应用中螺钉的插入深度不超过谐振深度。若在波导中插入三个螺钉则构成三螺调配器，这两种调配器仅适用于功率不大的情况。单螺调配器 双T头调配器此外还有连接元件、分支元件（E面分支、H面分支、双T分支及魔T）、定向耦合器、环行器。

微波发生器（微波振荡器）就是利用频率合成技术产生需要的频率或波形信号的仪器。

频率合成技术是通过把晶体振荡器产生具有高频谱纯度和高稳定度的低频标准参考信号，经过在频域内进行线性运算，通过倍频、混频、分频等技术，得到具有相同稳定度和低相噪等满足各项指标要求的一个或多个频率、频段的信号。

从频率合成的发展史来看，频率合成方式依次经历了直接模拟合成、锁相技术、直接数字合成。

在微波振荡器设计方面，常用的是单环锁相频率合成或多环锁相频率合成，其中多环锁相反馈网络采用谐波混频和微波取样器，把微波主振的频率输出下变频到射频频段鉴相并构成环路，最终实现对微波主振的锁定。还有比较常用的是利用新型振荡器和间接频率合成技术相结合设计微波振荡器。

扩展资料

微波振荡器从电路结构上可以分为反馈型和负阻型两种。反馈型振荡器主要用于低频电路系统，而负阻型振荡器主要用于高频电路系统。所以负阻振荡电路比较适合于射频、微波等频率较高的频率范围，可以利用负阻原理分析和设计微波振荡电路。

在一定电路组态下的微波晶体管可视为一个二端口器件。给予晶体管特定端接地时， 由于非线性负阻特性从而构成双端口负阻振荡器。一个双端口负阻振荡器等效网络包含有源器件（BJT）及反馈电路、谐振网络和输出网络。

现代频率合成技术是将模拟技术、数字技术、光学技术和计算方法相结合，根据频率合成器的技术指标把直接频率合成技术、锁相环（PLL）、直接数字频率合成技术（DDS）等成熟的频率合成技术与新型的振荡器和新的工艺技术合理组合。

使得微波振荡器的频谱纯度、频率切换速度和输出频率范围等技术指标满足不同场合的应用。

尤其是，基于微波光子学由光生微波的方法也快速发展，可以实现的方法有：光谐波法、光电振荡器法、光外差法、相位调制器法等，这些频率合成技术为合成微波毫米波及亚毫米波频率的信号提供更广阔的空间。

参考资料来源：百度百科-微波振荡器

2010-12-15 具体解释什么是微波发生器,有何作用?有什么方法能自行改变微波发生器的微波频率(有具体 *** 作过程)。自己不知道可问身边的专业人士。本人悬赏100 分！微波发生器可以是一种晶体管,大功率则是电子管,下面是详细的介绍.微波能量是由微波发生器产生的,微波发生器包括微波管和微波管电源两个部分。其中微波管电源(简称电源或微波源)的作用是把常用的交流电能变成直流电能,为微波管的工作创造条件。微波管是微波发生器的核心,它将直流电能转变成微波能可提供稳定的连续波微波功率,用于粮油食品、农副产品加工、医药制品、橡胶硫化、陶瓷烧结、化工产品加工及高科技等应用领域。优点：功率连续可调、性能稳定,安全保护措施完善。能长时间连续工作,能源转换效率高, *** 作简便。厂家不同、型号不同,差别很大。他上面一般有：电源开关、频率调节旋钮、输出功率调节、频率表等。磁控管内的电磁共振产生微波. 阳极电压控制微波的频率,微波不能去除埋在地下的塑料.他的穿刺能力是指对导电物质的偶合能力.例如：微波炉只对食物偶合对盘子不偶合.看看~改变输入频率就可以了噻！微波能通常由直流电或50mhz 交流电通过一特殊的器件来获得。可以产生微波的器件有许多种,但主要分为两大类：半导体器件和电真空器件。电真空器件是利用电子在真空中运动来完成能量变换的器件,或称之为电子管。其实也就是一种：一种晶体管,或者电子管。可以应用于各种工业活动中, 以及航天事业中等等。关于你问的核心问题,我不知道我要回答的是否所答非所问,仅供你参考吧。有一种微波射频多频率发生器。具有功率测控显示器、温度测控显示器、定时计时显示器、脉冲调制器、辐射器,其特征是还具有控制器、受控制器控制的各组电源、二个或多个频率不同的振荡源、高通器件、带通器件、低通器件、附极板、切换电路、合成辐射器、辐射器手柄开关、组合脚控开关。它的原理简单的说就是加入一个类似调节解调器,达到单一频率变换多频率的作用。你需要可以给你参考原理图。如果是微波炉,一般为电子管的微波发生器,用的是类似"回旋加速"的原理,只不过是增加了谐振腔等器件,提取电子回旋运动发射的电磁波(高中课本忽略了回旋加速会向外发射电磁波这一事实).因此找到谐振腔,外加偏转磁场,就可以改变频率了.但是这种方法不适合大幅改变频率,毕竟原品是设计到最佳工作状态的.微波发生器是什么?怎么用?与自行改变微波发生器的微波频率的方法微波发生器可以是一种晶体管,大功率则是电子管,下面是详细的介绍.微波能量是由微波发生器产生的,微波发生器包括微波管和微波管电源两个部分。其中微波管电源(简称电源或微波源)的作用是把常用的交流电能变成直流电能,为微波管的工作创造条件。微波管是微波发生器的核心,它将直流电能转变成微波能。微波管有微波晶体管和微波电子管两大类。微波晶体管输出功率较小,一般用于测量和通讯等领域。微波电子管种类很多,常用的有磁控管、速调管、行波管等。它们的工作原理不同、结构不同、性能各异,在雷达、导航、通讯、电子对抗和加热,科学研究等方面都得到广泛的应用。由于磁控管的结构简单、效率高、工作电压低、电源简单和适应负载变化的能力强,因而特别适用于微波加热和微波能的其他应用。磁控管由于工作状态的不同可分为脉冲磁控管和连续波磁控管两类。微波加热设备主要工作于连续波状态,所以多用连续波磁控管。磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件。实质上是一个置于恒定磁场中的二极管。管内电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下,与高频电磁场发生相互作用,把从恒定电场中获得能量转变成微波能量,从而达到产生微波能的目的。磁控管种类很多,这里主要介绍多腔连续波磁控管。磁控管由管芯和磁钢(或电磁铁)组成。管芯的结构包括阳极、阴极、能量输出器和磁路系统等四部分。管子内部保持高真空状态。下面分别介绍各部分的结构及其作用。1 阳极阳极是磁控管的主要组成之一,它与阴极一起构成电子与高频电磁场相互作用的空间。在恒定磁场和恒定电场的作用下,电子在此空间内完成能量转换的任务。磁控管的阳极除与普通的二极管的阳极一样收集电子外,还对高频电磁场的振荡频率起着决定性的作用。阳极由导电良好的金属材料(如无氧铜)制成,并设有多个谐振腔,谐振腔的数目必须是偶数,管子的工作频率越高腔数越多。阳极谐振腔的型式常为孔槽形、扇形和槽扇型,阳极上的每一个小谐振腔相当于一个并联的2c 振荡回路。以槽扇型腔为例,可以认为腔的槽部分主要构成振荡回路的电容,而其扇形部分主要构成振荡回路的电感。由微波技术理论可知,谐振腔的谐振频率与腔体的几何尺寸成反比。腔体越大其工作频率越低。于是,我们可以根据腔体的尺寸来估计它的工作频段。磁控管的阳极由许多谐振腔耦合在一起,形成一个复杂的谐振系统。这个系统的谐振腔频率主要决定于每个小谐振腔的谐振频率,我们也可以根据小谐振腔的大小来估计磁控管的工作频段。磁控管的阳极谐振系统除能产生所需要的电磁振荡外,还能产生不同特性的多种电磁振荡。为使磁控管稳定的工作在所需的模式上,常用" 隔型带"来隔离干扰模式.隔型带把阳极翼片一个间隔一个地连接起来,以增加工作模式与相邻干扰模式之间的频率间隔。另外,由于经能量交换后的电子还具有一定的能量,这些电子打上阳极使阳极温度升高,阳极收集的电子越多(即电流越大),或电子的能量越大(能量转换率越低),阳极温度越高,因此,阳极需有良好的散热能力.一般情况下功率管采用强迫风冷,阳极带有散热片.大功率管则多用水冷,阳极上有冷却水套。2 阴极及其引线磁控管的阴极即电子的发射体,又是相互作用空间的一个组成部分。阴极的性能对管子的工作特性和寿命影响极大,被视为整个管子的心脏。阴极的种类很多,性能各异。连续波磁控管中常用直热式阴极,它由钨丝或纯钨丝绕成螺旋形状,通电流加热到规定温度后就具有发射电子的能力。这种阴极具有加热时间短和抗电子轰击能力强等优点,在连续波磁控管中得到广泛的应用。此种阴极加热电流大,要求阴极引线要短而粗,连接部分要接触良好。大功率管的阴极引线工作时温度很高,常用强迫风冷散热。磁控管工作时阴极接负高压,因此引线部分应有良好的绝缘性能并能满足真空密封的要求。为防止因电子回轰而使阳极过热,磁控管工作稳定后应按规定降低阴极电流以延长使用寿命。3 能量输出器能量输出器是把相互作用空间中所产生的微波能输送到负载去的装置。能量输出装置的作用是无损耗,无击穿地通过微波,保证管子的真空密封,同时还要做到便于与外部系统相连接。小功率连续波磁控管大多采用同轴输出在阳极谐振腔高频磁场最强的地方。放置一个耦合环,当穿过环面的磁通量变化时,将在环上产生高频感应电流,从而将高频功率引到环外。耦合环面积越大耦合越强。大功率连续波磁控管常用轴向能量输出器,输出天线通过极靴孔洞连接到阳极翼片上。天线一般做成条状或圆棒也可为锥体。整个天线被输出窗密封。输出窗常用低损耗特性的玻璃或陶瓷制成。它不须保证微波能量无损耗的通过和具有良好的真空气密性。大功率管的输出窗常用强迫风冷来降低由于介质损耗所产生的热量。4 磁路系统磁控管正常工作时要求有很强的恒定磁场,其磁场感应强度一般为数千高斯。工作频率越高,所加磁场越强。磁控管的磁路系统就是产生恒定磁场的装置。磁路系统分永磁和电磁两大类。永磁系统一般用于小功率管,磁钢与管芯牢固合为一体构成所谓包装式。大功率管多用电磁铁产生磁场,管芯和电磁铁配合使用,管芯内有上、下极靴,以固定磁隙的距离。磁控管工作时,可以很方便的靠改变磁场强度的大小,来调整输出功率和工作频率。另外,还可以将阳极电流馈入电磁线包以提高管子工作的稳定性。 5 磁控管的正确使用磁控管是微波应用设备的心脏,因此,磁控管的正确使用是维护微波设备正常工作的必要条件。磁控管在使用时应注意以下几个问题：一、负载要匹配。无论什么设备都要求磁控管的输出负载尽可能做到匹配,也就是它的电压驻波比应尽可能的小。驻波大不仅反射功率大,使被处理物料实际得到的功率减少,而且会引起磁控管跳模和阴极过热,严重时会损坏管子。跳模时,阳极电流忽然出现跌落。引起跳模的原因除管子本身模式分隔度小外,主要有以下几个方面：；(1)电源内阻太大,空载高而激起非π 模式。(2)负载严重失配,不利相位的反射减弱了高频场与电子流的相互作用,而不能维持正常的π 模振荡。(3) 灯丝加热不足,引起发射不足,或因管内放气使阴极中毒引起发射不足,不能提供π 模振荡所需的管子电流。为避免跳模的发生,要求电源内阻不能过大,负载应匹配,灯丝加热电流应符合说明书要求二、冷却。冷却是保证磁控管正常管工作的条件之一,大功率磁控管的阳极常用水冷,其阴极灯丝引出部分及输出陶瓷窗同时进行强迫风冷,有些电磁铁也用风冷或水冷。冷却不良将使管子过热而不能正常工作,严重时将烧坏管子。应严禁在冷却不足的条件下工作。三、合理调整阴极加热功率。磁控管起振后,由于不利电子回轰阴极使阴极温度升高而处于过热状态,阴极过热将使材料蒸发加剧,寿命缩短,严重时将烧坏阴极。防止阴极过热的办法是按规定调整降低阴极加热功率。五、保存和运输磁控管的电极材料为无氧铜、可伐等,在酸、碱湿气中易于氧化。因此,磁控管的保存应防潮、避开酸碱气氛。防止高温氧化。包装式磁控管因带磁钢,应防止磁钢的磁性变化, 存在时应在管子周围10 厘米内不得有铁磁物质存在。管子运输过程中应放入专用防振包装箱内,以防止受振动撞击而受损坏。

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