高功率微波技術(shù)（高功率微波技術(shù)）

發(fā)展背景

微波技術(shù)從低功率到高功率的發(fā)展過程與微波管的發(fā)展密切相關(guān)。自20年代發(fā)明磁控管、30年代發(fā)明速調(diào)管以來，高功率微波技術(shù)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展，已研制出很多基于不同原理、可產(chǎn)生或放大高功率微波信號的管種。

產(chǎn)生方式

高功率微波能的產(chǎn)生獲得高功率微波能量有兩種方式，即直接振蕩式和放大鏈?zhǔn)健?/p>

微波振蕩器

高功率微波技術(shù)

微波放大器

高功率微波技術(shù)

高功率脈沖微波技術(shù)

用脈沖調(diào)制器在脈沖雷達(dá)、高能加速器等應(yīng)用中形成高電壓、大電流的脈沖，用來調(diào)制微波振蕩器，使之產(chǎn)生高功率的微波脈沖信號。大功率脈沖調(diào)制器有長線儲能式軟性調(diào)制器、電容儲能式剛性調(diào)制器和固態(tài)調(diào)制器等。所要求的脈沖高壓與峰值功率有關(guān)，其值可達(dá)幾萬伏甚至幾十萬伏。

高功率微波能量的傳輸

常用同軸線或波導(dǎo)傳輸系統(tǒng)，其功率容量與截面的幾何尺寸有關(guān)，截面尺寸越大，則功率容量越大。而對同一尺寸的傳輸系統(tǒng)，波長越接近截止波長，功率容量就越低。在常規(guī)環(huán)境條件下，系統(tǒng)所能安全傳輸?shù)奈⒉üβ蕛H為系統(tǒng)功率容量理論值與安全系數(shù)的乘積，例如矩形波導(dǎo)的安全系數(shù)為1/3～1/2。

提高微波傳輸系統(tǒng)的功率容量，需要解決耐峰值功率的擊穿問題和耐平均功率的溫升問題。擊穿與傳輸系統(tǒng)的氣壓、溫度、濕度有關(guān)，傳輸系統(tǒng)的峰值功率容量近似地與氣壓的5/4次方成正比，與絕對溫度平方成反比。因此，增加傳輸系統(tǒng)的氣壓、降低空氣濕度、保持系統(tǒng)內(nèi)干燥是提高耐功率的有效措施。若在傳輸系統(tǒng)內(nèi)充以沸點低、無毒、無腐蝕性的氣體，如SF6或CCl2F2等，可使傳輸系統(tǒng)的峰值功率容量提高3～5倍。系統(tǒng)內(nèi)各種微波元件的匹配狀況也影響峰值功率容量。在駐波比小于1.5的情況下，功率容量近似與駐波比成反比。此外，調(diào)制脈沖的占空系數(shù)也與峰值功率容量有關(guān)。重復(fù)頻率越高，脈沖寬度越大，則峰值功率容量越低。溫升問題可采用改善環(huán)境條件和強制冷卻等辦法解決。

高功率微波測量技術(shù)

高功率微波系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)為功率、效率、增益、頻率穩(wěn)定性、幅頻特性、相頻特性、頻譜、壽命、穩(wěn)定性和可靠性等，這些技術(shù)參數(shù)的測量大部分是通過耦合元件在低功率電平下進(jìn)行的。

高功率負(fù)荷器

通常采用碳化硅或?qū)Ω哳l能量吸收較大的金屬材料作為吸收材料來制造高功率負(fù)荷器。隨著微波功率的不斷提高，特殊的高功率負(fù)荷器一般是在波導(dǎo)或同軸線內(nèi)，用玻璃或其他介質(zhì)材料做成能減小負(fù)荷的反射的楔形外殼，內(nèi)充水、油或其他液體作為吸收微波能量的介質(zhì)，通過外循環(huán)系統(tǒng)散熱。

高功率的直接測量

在水負(fù)荷中，用熱電偶檢測進(jìn)出水的溫差，并測出水流量，按熱力學(xué)公式P=4.18Q墹t來計算功率。式中P為功率(千瓦);Q為流量(升/秒)；墹t為溫升(℃)。

微波固態(tài)功率技術(shù)

固態(tài)微波器件發(fā)展迅速，主要有微波硅三極管、砷化鎵場效應(yīng)管、體效應(yīng)管、耿氏管和雪崩二極管等，可組成各類振蕩器、放大器及放大鏈。它們在可靠性、長壽命等方面有明顯的優(yōu)點，但單管功率容量無法與兆瓦級的高功率器件相比。用幾十個甚至上千個放大鏈組件可合成功率高達(dá)幾十千瓦的微波系統(tǒng)。

參考書目

M.I.斯科爾尼克主編，謝卓譯：《雷達(dá)手冊》,國防工業(yè)出版社，北京，1978。(M.I.Skolnik,Radar Handbook,McGrawHill,Inc.,New York,1970.)