大功率速調管的設計製造和應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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丁耀根 著

圖書標籤:

• 速調管
• 大功率
• 射頻電路
• 功率放大器
• 電路設計
• 製造工藝
• 應用技術
• 電子工程
• 無綫通信
• 微波技術

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118072129

版次：1

商品編碼：10556923

包裝：精裝

開本：16開

齣版時間：2010-12-01

用紙：膠版紙

頁數：480

字數：571000

正文語種：中文

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係統發射機的末級功率放大器，廣泛應用於雷達、通信、電視廣播、電子對抗、粒子加速器、等離子體加熱裝置等領域，是軍用和民用微波電子係統的關鍵電子器件。《大功率速調管的設計製造和應用》吸取國內外相關單位在研製大功率速調管方麵取得的研究進展，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麵作比較係統的論述。
《大功率速調管的設計製造和應用》適用於從事大功率速調管研究、開發和生産以及大功率微波電子係統的研製和使用、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、粒子加速器和等離子體加熱裝置研究和應用的相關人員也有參考價值。

作者簡介

丁耀根，男，江蘇常州（原武進）人，1942年5月生，1965年7月畢業於南京大學物理係無綫電電子學專業，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，中國科學院高功率微波源與技術重點實驗室學術委員會副主任，國際電氣與電子工程師學會（IEEE）高級會員，中國電子學會真空電子學分會副主任委員。長期從事大功率微波真空電子器件的理論和實驗研究，負責和參加瞭用於國傢重點工程的大功率速調管和多注速調管的研究項目30多項，獲得國傢科技進步二等奬2項，國防科學技術一、二等奬，中科院科技進步一、二等奬，中科院重大成果奬和全國科學大會奬等科技成果16項，齣版專著2本，在國內外學術刊物和會議上發錶論文170餘篇，培養博士和碩士研究生30多名。

目錄

第1章 緒論
1．1 基本工作原理
1．2 速調管的分類
1．3 速調管的技術現狀和發展趨勢
參考文獻

第2章 速調管的特性和工作參數
2．1 速調管的性能指標
2．2 速調管的工作方式
2．3 速調管的工作參數
2．4 典型速調管的性能和工作參數
參考文獻

第3章 速調管的總體設計
3．1 微波電子係統對速調管性能的要求和總體設計考慮
3．2 影響速調管性能的主要因素
3．3 速調管總體設計計算
3．4 寬帶速調管的設計
3．5 高效率速調管的設計
3．6 多注速調管的設計
參考文獻

第4章 陰極和熱子
4．1 引言
4．2 陰極的發射和蒸散特性
4．3 氧化物陰極
4．4 浸漬陰極
4．5 熱子和熱子組件
4．6 陰極在大功率速調管中的應用
參考文獻

第5章 電子槍和聚焦係統
5．1 引言
5．2 電子槍的調製方式
5．3 電子槍的耐壓
5．4 電磁聚焦係統
5．5 均勻永磁聚焦係統
5．6 周期反轉永磁聚焦係統
5．7 周期永磁聚焦係統
參考文獻

第6章諧振腔
6．1 引言
6．2 諧振腔的優化設計
6．3 諧振腔與外電路的耦閤
6．4 諧振腔特性的測量
6．5 諧振腔的加載
6．6 諧振腔的調諧
6．7 諧振腔的散熱
6．8 諧振腔的高頻擊穿
參考文獻

第7章 輸齣電路
7．1 引言
7．2 濾波器加載寬帶輸齣電路
7．3 重疊模雙間隙耦閤腔寬帶輸齣電路
7．4 濾波器加載雙間隙耦閤腔寬帶輸齣電路
7．5 多模寬帶輸齣電路
7．6 高峰值功率速調管的輸齣電路
7．7 輸齣電路阻抗-頻率特性測量和調試
參考文獻

第8章輸齣窗
8．1 引言
8．2 輸齣窗的設計計算
8．3 輸齣窗的材料
8．4 輸齣窗損壞和機理分析
8．5 二次電子倍增效應及其抑製
8．6 輸齣窗的功率容量
8．7 輸齣窗的高功率試驗
8．8 提高輸齣窗功率容量的方法和新型輸齣窗
參考文獻

第9章 收集極和冷卻係統
9．1 引言
9．2 計算流體與發熱麵間熱交換的基本公式
9．3 風冷收集極的設計
9．4 水冷收集極的設計
9．5 蒸發冷卻收集極的設計
9．6 速調管冷卻係統
9．7 降壓收集極
9．8 收集極絕緣陶瓷的微波泄漏
9．9 收集極冷卻結構的計算模擬
參考文獻

第10章 速調管的結構和工藝
10．1 引言
10．2 電子槍結構和製備工藝
10．3 高頻互作用電路的結構設計和製備工藝
10．4 諧振腔和調諧機構的結構
10．5 輸齣宙的結構和製備工藝
10．6 鈦泵和吸氣劑
10．7 微波衰減材料和塗覆工藝
10．8 速調管材料及其特性
10．9 速調管烘烤和排氣工藝
10．10 速調管的加工和製備工藝
10．11 真空衛生
參考文獻

第11章 速調管的測試、老練和使用
11．1 速調管測試係統
11．2 電源和調製器
11．3 速調管直流特性的測試
11．4 速調管高頻特性的測試
11．5 微波大功率測量和大功率負載
11．6 負載失配對速調管性能的影響
11．7 速調管的使用
11．8 x射綫輻射和微波泄漏的防護
參考文獻

第12章 速調管的振蕩和不穩定性
12．1 引言
12．2 電子槍區的二極管振蕩
12．3 寬帶速調管中的諧振腔高次模振蕩
12．4 雙間隙耦閤腔寬帶輸齣電路的振蕩
12．5 漂移管振蕩和相鄰諧振腔耦閤引起的振蕩
12．6 二次電子和反射電子引起的雜譜和振蕩
12．7 速調管的離子噪聲和不穩定性
參考文獻
第亞3章 速調管的可靠性和壽命
13．1 速調管故障類型
13．2 速調管可靠性和壽命的評估
13．3 速調管的故障模式和壽命
13．4 速調管故障模式分析
13．5 速調管可靠性設計和試驗
13．6 速調管的貯存故障
參考文獻

第14章 典型速調管
14．1 高峰值功率速調管
14．2 連續波和高平均功率速調管
14．3 雷達用大功率速調管
14．4 多注速調管
14．5 通信廣播用連續波速調管
14．6 電視廣播用速調管
14．7 感應輸齣管
參考文獻

精彩書摘

大功率速調管是一種基於速度調製原理將電子注能量轉換成微波能量的微波真空器件。在大功率速調管中，由於電子注的産生和形成、電子注與微波場的相互作用，電子剩餘能量的耗散和微波能量的輸齣是在相互分離的空間中進行的，而且其高頻互作用係統是分離的諧振腔，因而它具有高功率、高增益、高效率、高穩定性和長壽命等優點。目前，大功率速調管的峰值功率已超過200Mw，連續波輸齣功率超過lMW，是微波真空電子器件中脈衝功率和平均功率最高的器件。
從美國Varian兄弟1937年研製齣第一個速調管至今，速調管的發展已有70多年的曆史。隨著各種速調管理論的建立，電真空材料、工藝和相關技術的進步，以及計算機模擬手段的發展，速調管的功率、效率、增益、帶寬等性能不斷提高，速調管作為大功率微波電子係統的末級功率放大器，已廣泛應用於各種民用和軍用微波電子係統。
在粒子加速器、可控熱核聚變等離子體加熱裝置、微波武器、空間微波能輸電和工業微波加熱與處理係統等直接應用微波能的場閤，速調管占有主導地位。在氣象和導航雷達、通信、電視廣播等窄帶應用場閤，速調管也得到瞭廣泛的應用。通過采用機械調諧、參差調諧、濾波器加載輸齣電路、分布作用輸齣電路和行波輸齣電路，特彆是通過多電子注技術等技術手段展寬頻帶，使速調管成為一種高功率、寬頻帶的微波真空電子器件，並在寬帶雷達係統、電子對抗和通信係統等領域也獲得瞭廣泛的應用。
我國從20世紀50年代末起開始發展大功率速調管，至今已有50多年的曆史。50多年來，我國已研製成功多種類型的大功率速調管，並在各種雷達、加速器、通信和電視廣播係統獲得廣泛應用。
本書將比較全麵地總結作者和他的同事們40多年來在研製大功率速調管方麵取得的成果和實際經驗，同時吸取國內外相關單位在研製大功率速調管方麵取得的成果，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麵遇到的理論和技術問題作比較係統的論述，為研究、發展和使用速調管的相關人員提供參考。
本章將扼要介紹速調管的基本原理、速調管的分類、技術現狀和發展趨勢。

前言/序言

《高頻器件的微觀世界：從原理到實踐的探索》 在當今信息爆炸的時代，高效、可靠的信號傳輸和處理是技術發展的基石。而支撐起這一切的，是那些看似微小，卻蘊含著強大能量的電子器件。本書並非聚焦於某一特定類型的器件，而是將視角放寬，深入探索高頻電子器件領域的奧秘，從基礎的物理原理到精密的製造工藝，再到廣泛的應用場景，為讀者構建一個全麵而深入的認知框架。 第一章：高頻電磁場的奇妙旅程 本章將帶領讀者穿越微觀的電磁世界，理解高頻電磁場行為的獨特之處。我們將從經典電磁理論齣發，迴顧麥剋斯韋方程組在描述高頻現象中的重要性。但高頻環境下的傳播效應、損耗機製，以及介質的非綫性效應，往往與低頻環境截然不同。我們將深入探討趨膚效應，理解電流如何在導體錶麵聚集，以及它如何影響導體的電阻特性。同時，集膚深度隨頻率的變化規律，以及不同材料在不同頻率下的錶現，都將是本章的重點。 此外，迴流電流（return current）的分布和影響，在PCB設計和器件封裝中至關重要，我們將詳細分析其産生的原因、傳播路徑以及對信號完整性的潛在威脅。諧振現象，作為高頻電路中無處不在的效應，也將被深入剖析。從簡單的LC諧振電路，到復雜的分布參數結構，我們將理解諧振如何産生，以及如何利用或避免它。這包括傳輸綫理論的基礎，如特性阻抗、傳播常數、反射係數和駐波比等概念，以及它們在高頻設計中的意義。 電磁兼容性（EMC）問題在高頻電路設計中不容忽視。本章將初步探討輻射和耦閤的機理，為後續章節中器件和係統層麵的EMC優化打下基礎。我們將審視電磁波的散射、衍射和吸收，以及這些現象如何影響器件的性能和整個係統的可靠性。最後，本章還將對高頻環境下材料的電磁特性進行討論，包括介電常數、磁導率、損耗因子等參數隨頻率的變化，以及這些參數如何影響器件的設計和選擇。 第二章：精密製造的藝術：從材料到成品 高頻器件的性能高度依賴於其製造的精度和工藝的先進性。本章將揭示精密製造的藝術，將讀者帶入材料選擇、加工工藝和質量控製的嚴謹世界。我們將首先探討適用於高頻器件的特種材料。除瞭常見的金屬和絕緣體，我們還將關注陶瓷、石英、聚閤物復閤材料等在特定高頻應用中的角色。例如，低介電損耗的陶瓷材料在製造高性能濾波器和天綫時不可或缺，而具有特殊介電性能的聚閤物則被用於設計高頻印製電路闆（PCB）。 半導體材料的進展是高頻器件發展的核心驅動力。本章將迴顧矽（Si）、砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）等半導體材料在高頻器件中的應用。我們將分析它們各自的載流子遷移率、擊穿電壓、導熱性等關鍵參數，以及這些參數如何決定器件在高頻下的性能極限。尤其會關注GaN材料在功率放大和高頻開關領域的崛起，及其帶來的技術革新。 微納加工技術是製造高頻器件的基石。本章將深入介紹光刻、刻蝕、薄膜沉積等核心工藝。我們將解釋光刻的精度如何決定器件的最小尺寸，從而影響其工作頻率。乾法刻蝕和濕法刻蝕在不同材料和結構上的應用差異，以及它們的優缺點，都將進行對比分析。物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）在製備高質量金屬和介質薄膜中的作用，以及原子層沉積（ALD）等先進技術如何實現超薄、均勻的薄膜覆蓋，也將是探討的重點。 封裝技術對高頻器件的性能至關重要。本章將深入研究各種高頻封裝的類型，如QFN、BGA、倒裝芯片等，並分析它們在高頻性能上的差異。我們將探討封裝材料的選擇（如陶瓷、金屬、低介電損耗的有機材料），以及封裝結構對寄生參數（如電感和電容）的影響。散熱設計在功率型高頻器件中更是生死攸關，我們將討論各種散熱技術，如熱沉、熱管、均熱闆等。 質量控製和可靠性測試是確保器件性能穩定的關鍵。本章將介紹各種先進的檢測技術，包括掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）用於形貌和微觀結構分析，原子力顯微鏡（AFM）用於錶麵形貌測量，以及X射綫衍射（XRD）用於晶體結構分析。我們將探討高溫高濕試驗、高低溫循環試驗、振動試驗等加速壽命試驗方法，以評估器件在各種嚴苛環境下的可靠性。 第三章：信號的脈搏：各類高頻器件的功能與原理 本章將聚焦於構成現代電子係統的各種核心高頻器件，深入剖析它們的物理原理、工作特性以及在電路中的具體功能。我們將從基礎的無源高頻器件講起。電阻在高頻下的寄生電感和電容，以及它們對電路性能的影響，都將是討論的起點。電容器在高頻下的等效串聯電感（ESL）和等效串聯電阻（ESR），以及它們如何限製電容在高頻下的濾波能力，也將被詳細闡述。電感在高頻下的趨膚效應和鐵損，以及如何選擇閤適的電感器以減小損耗，是本章的重要內容。 在有源器件方麵，我們將重點介紹半導體器件在高頻下的工作原理。晶體管作為放大和開關的核心，其在高頻下的性能極限，如截止頻率（fT）和最大振蕩頻率（fmax），以及影響這些參數的關鍵因素（如載流子遷移率、柵極長度、基區寬度等），都將是深入探討的主題。我們將分析雙極晶體管（BJT）和場效應晶體管（FET）在高頻應用中的優勢與劣勢，特彆是MOSFET和MESFET在高頻功率放大和高速開關電路中的作用。 微波二極管，如PIN二極管、肖特基二極管等，在射頻開關、限幅器和混頻器中扮演著重要角色。本章將揭示它們在高頻下的快速響應機製和功率處理能力。 振蕩器是産生高頻信號源的關鍵。我們將分析各種類型的振蕩器，如LC振蕩器、RC振蕩器、晶體振蕩器以及微機電係統（MEMS）振蕩器。它們的頻率穩定性、相位噪聲以及在高頻電路中的應用場景都將得到詳細介紹。 濾波器是選擇性處理信號不可或缺的組件。本章將深入探討各種高頻濾波器類型，包括低通、高通、帶通和帶阻濾波器。我們將分析基於集總參數和分布參數的濾波器設計方法，如巴特沃斯、切比雪夫、橢圓函數等逼近理論，以及微帶綫、同軸綫等作為濾波器單元的實現方式。 混頻器和倍頻器是實現頻率轉換和信號閤成的重要功能模塊。我們將分析它們的變頻原理，如乘法器和非綫性器件在頻率閤成中的作用，以及噪聲抑製和鏡像抑製技術。 第四章：係統集成與應用：驅動創新 高頻器件的價值最終體現在其所構建的各種係統和應用中。本章將帶領讀者從器件層麵跳升至係統層麵，探討高頻器件在通信、雷達、醫療、工業等領域的廣泛應用，以及係統集成中的關鍵挑戰。 在通信領域，無綫通信係統是高頻器件應用的典型代錶。我們將探討蜂窩通信（2G、3G、4G、5G）中的射頻前端設計，包括功率放大器、低噪聲放大器、濾波器、開關等如何協同工作以實現高效的信號收發。數字電視、衛星通信、Wi-Fi和藍牙等無綫技術，都離不開高性能的高頻器件。 雷達係統是另一大高頻器件應用領域。我們將在本章中探討雷達係統中脈衝産生、信號傳輸、目標探測和信號處理所涉及的高頻器件。從傳統的脈衝多普勒雷達，到現代的相控陣雷達，各種先進的高頻技術都在不斷推動著雷達性能的提升。 除瞭上述兩大領域，高頻器件在其他領域的應用同樣具有深遠影響。在醫療領域，磁共振成像（MRI）等醫療成像技術依賴於強大的射頻場生成和精確的信號探測。在工業領域，射頻加熱、高頻焊接等工藝，以及精密測量儀器，都離不開高頻器件的支撐。 在係統集成過程中，阻抗匹配是保證信號高效傳輸的關鍵。本章將深入分析阻抗失配造成的功率損耗和信號失真，以及各種阻抗匹配技術，如匹配網絡設計、史密斯圓圖的應用等。 噪聲管理是所有高頻係統都需要麵對的挑戰。我們將探討噪聲的來源，以及如何通過器件選擇、電路設計和濾波技術來降低係統噪聲，提高信噪比。 互調失真（IMD）是多頻信號在非綫性器件中相互作用産生的有害信號，它會嚴重影響係統的性能。本章將分析互調失真的産生機理，以及抑製IMD的策略，如使用綫性度更高的器件、采用預失真技術等。 最後，本章還將展望高頻器件的未來發展趨勢，包括更高頻率（太赫茲）、更高功率密度、更低功耗、更高集成度以及嚮人工智能和物聯網領域的滲透，為讀者描繪齣令人興奮的未來圖景。 本書旨在通過由淺入深的講解，將復雜的科學原理與實際應用相結閤，為電子工程領域的學生、研究人員和工程師提供一個全麵而係統的學習平颱。我們希望通過對高頻電子器件微觀世界的深入探索，激發讀者對這一充滿活力的領域的興趣，並為未來的技術創新貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的整體感受是，它是一本非常“接地氣”的技術專著。它的語言風格樸實無華，沒有那些晦澀難懂的專業術語堆砌，而是用一種非常平實的語言，將復雜的技術問題娓娓道來。盡管內容深度不淺，但閱讀起來卻絲毫不會感到吃力。書中的圖錶和數據分析都非常詳實，而且都圍繞著實際的工程問題展開，讀完之後，我感覺自己對大功率速調管的瞭解，已經從“知其然”上升到瞭“知其所以然”的境界。更重要的是，書中提供瞭一些非常實用的“經驗之談”，這些是你在其他純理論書籍中難以找到的，例如在實際生産過程中需要注意的細節、容易被忽視的環節、以及一些“潛規則”式的處理方法。這些寶貴的經驗，對於任何一個想要在大功率速調管領域有所建樹的人來說，都是極其珍貴的財富。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺，更像是一本凝聚瞭無數心血的“工具書”，而非一本單純的科普讀物。它沒有故弄玄虛的辭藻，也沒有華而不實的理論探討，而是直擊核心，提供瞭一種近乎“秘籍”般的指導。我最欣賞的是它在設計部分所展現齣的那種“工程思維”。作者不僅僅是告訴你“怎麼做”，更是解釋瞭“為什麼這麼做”，每一個設計決策背後都有其嚴謹的理論支撐和工程考量。例如，在講解散熱設計時，書中列舉瞭多種不同的散熱方案，並詳細分析瞭各自的優缺點、適用範圍以及在實際應用中可能遇到的問題，並給齣瞭相應的解決方案。這種“預見性”和“解決問題導嚮”的設計思路，對於正在從事相關研發工作的工程師來說，簡直是如獲至寶。此外，書中在工藝流程的描述上也相當詳盡，從原材料的處理到最終産品的組裝，每一個環節都標注得清清楚楚，仿佛在手把手地指導你進行操作，極大地降低瞭學習成本，也減少瞭實踐中的試錯。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就相當有吸引力，一種厚重而專業的質感撲麵而來，讓人一看就知道裏麵蘊含著紮實的知識。雖然我對這個領域算不上是專傢，但當我翻開這本書時，就被它嚴謹的邏輯和清晰的結構所吸引。書中開篇就如同嚮導一般，為讀者鋪墊瞭堅實的基礎，從物理原理的講解到基本器件的介紹，都做到瞭深入淺齣，即使是初次接觸大功率速調管的讀者，也能循序漸進地理解其核心概念。作者在敘述過程中，仿佛是一位經驗豐富的工程師，娓娓道來，將復雜的理論化為易於理解的語言。而且，書中大量引入的示意圖和流程圖，更是錦上添花，它們不僅僅是圖片的堆砌，更是幫助理解抽象概念的絕佳工具，讓那些原本可能令人望而生畏的公式和原理，變得觸手可及，極大地提升瞭閱讀的效率和樂趣。我尤其喜歡其中關於材料選擇的章節，那份細緻入微的考量，以及對不同材料性能優劣的深入剖析，體現瞭作者深厚的實踐功底。

評分☆☆☆☆☆

這本書最大的亮點，在我看來，是它將“理論”與“實踐”完美地結閤在瞭一起。許多技術書籍往往要麼過於偏重理論，讓讀者感到枯燥乏味；要麼過於偏重實踐，卻缺乏深入的原理闡述。而這本《大功率速調管的設計製造和應用》則恰恰找到瞭一個絕佳的平衡點。書中在闡述某個設計原則或製造工藝時，總會先給齣嚴謹的理論推導，然後緊接著通過具體的工程實例來加以印證，讓讀者在理解理論的同時，也能直觀地感受到其在實際應用中的價值。我尤其喜歡其中關於“誤差分析與補償”的章節，書中詳細講解瞭在速調管製造過程中可能齣現的各種誤差，並給齣瞭如何通過優化設計和工藝來減小這些誤差，甚至是如何在後續的調試過程中進行精確補償的。這種“化繁為簡”的智慧，以及將復雜問題分解並逐一解決的思路，對於提升實際工程能力有著巨大的幫助。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我最大的感受是它對“前沿性”的把握相當到位。雖然“大功率速調管”這個詞聽起來似乎有些年代感，但這本書在其中注入瞭許多現代化的技術理念和最新研究成果。我驚喜地發現，書中並沒有停留在對傳統技術的復述，而是對一些新興的製造技術、精密加工工藝以及現代化的測試手段進行瞭深入的探討。特彆是在應用部分，書中列舉瞭諸如高功率微波源、粒子加速器等多個前沿領域，並詳細闡述瞭速調管在這些領域的具體作用和發展前景。這讓我意識到，即使是看似成熟的技術，也依然有著廣闊的創新空間和巨大的應用潛力。作者在介紹這些前沿內容時，並沒有流於錶麵，而是深入到技術細節，提供瞭許多值得參考的參數和設計思路，這對於希望拓展自己技術視野的研究者來說，無疑是一次寶貴的學習機會。