高功率微波及源器件-PPT课件
合集下载
高功率微波及源器件
进，其行为特性有很大的改善；另一方面，涌现出了许多像
相对论速调管(relativistic klystron)、虚阴极振荡器(vircator) 等一大批依赖强电流的高压运行器件，同时也随之出现了一 些专门以相对论效应为基础的器件，如我们所熟悉的回旋管 (grotron)、切仑可夫器件(Cherenkov)、自由电子激光(Free Electron Laser，简称FEL)等
快速实现无线宽带接入功能、建设局域微波通讯网提供多种网 络服务
覆盖范围广、通信距离远 HPM通信：
传送话音、数据、视频和图象等各种信号，且具有很强的通用 性
高效传输、高信息量、高保密性
雷达
高功率可以提高雷达的作用距离， 高重复速率可以改善雷达的分辨率高 可以预言，高功率微波必将把雷达代入一个更高的技术水平和崭新的发展领域。 合成孔径雷达：是一种在距离向采用脉冲压缩，方位向采用合成孔径 原理的高分辨雷达。基本原理：相当于一个二维脉冲压缩滤波器
峰值功率超过100MW 频率范围在0.3－300GHz之间 波长跨越厘米波和毫米波的脉冲电磁辐射
高功率微波源分
高平均功率源（宽带源）
高峰值功率源（窄带源）
性能指标：品质因子Pavf2(Pav为平均功率，f为频率)
在热核聚变、等离子体加热、先进的高能粒子
加速器和对撞机、高效通信和RF武器等需求的
强大驱动力下，微波器件的品质因子Pavf2以每 十年增长一个数量级的速度增长，从实际需求 看，当今和未来HPM技术正向着高功率、高效 率、宽频带的目标发展
MILO的基本结构
相互作用区域中的电子除了沿轴向运动外，还有从阴极到阳极的一个横
向漂移运动
2 vz c( E B) / B c Er 0 / B 0 Er / B 0 vz 0 vz
微波功率放大器PPT课件
dB )
M 3 dB
23.75 2
1
Pout
dB
M 3 dB
2
23.75
1
P1dB
P1dB
P
需要输入功率： Pin dB Pout dB G0 dB
• 三阶交调截止点
M 3dB 2(Pout dB IP3 )
IP3 P1dB 12
这个规律虽不严格但非常准确。
既反映功率转换能力又反映功率放大能力。
4. 1dB压缩点(1dB Gain Compressed Point)输出功率 P1dB
Pout(dBm)
P1dB
1dB
G(dB)
G0
G1dB
1dB
0
Pin <1dB> Pin(dBm)
0
Pin <1d率
P1dB-- G1dB对应的输出功
µ÷Åä Æ÷2
VSWR1
Zin(f)
Zout(f)
VSWR2
• 在一定频率及输入电平下，调整工作点及调配器，使输出功 率最大、同时效率较高(偏置电流小)时，得最佳负载状态。
• 用共轭替代法，用网络分析仪测出此状态下两端输入、输出 阻抗，用于功放匹配网络设计。
这种方法的功放非线性是不可预估的，故对线性功放的
三阶交调分量：
1 2
3 8
k3
A3
cos2w1
w2
t
cos2w2
w1 t
• 1dB压缩点三阶交调系
数
三阶交调分量电压幅度
M 3 1dB 20lg
基波电压幅度
1dB 23.75dBc
常见微波元件PPT课件
• 尖劈形吸收体——小功率 • 楔形吸收体——大功率
中功率负载
大功率风冷匹配负载
3 2
4
波导型定向耦合器，其
1
4端口配置了一个小功 率匹配负载。
4
1
微带线型耦合器，其 4端口 配置了一个50 欧姆的匹配 负载。
• 短路负载 • 作用：将电磁能量全部反射回去 • 基本要求： 保证接触处||=1；当活塞移动时，接触损耗变化小；大功率时，活塞与波导壁间不应 产生打火现象。 • 种类：
隔离口④：一路经lg/4、另一路经3lg/4（等幅反相）在④口输出，④无输出。
由端口①输入的功率：
端口①匹配无反射；
S11 0
直通臂②输出功率为一半，相位滞后 /2；
耦合臂③输出功率为一半，相位滞后 ；
隔离口④无输出。
S41 0
分支耦合线具有结构对称性，其任一
端口都可作输入端口，两输出端口总
是在与输入端口相反的一边。
• 同轴线微带转换器
① 工作原理：同轴线中心导体 电流在微带线上激励场
② 注意：与微带连接处的同轴 线内导体的直径的选取与微 带线的特性阻抗有关，通常 使内导体直径等于微带线宽 度。
• 波导微带转换器
作用：将TE10 波转换为TEM 工作原理：在波导与微带线之间加一段脊波导过渡段，使微带线与波
3 1
E-T的S矩阵为：
2
1
1
1
2
2
2
S
1
1
1
2
2
2
1
1
0
2
2
H-T分支
1. 当信号由③口入时，①和②口都有等幅同 相输出
2. 当信号由1和2端口等幅同相输入时，3端口 输出最大
中功率负载
大功率风冷匹配负载
3 2
4
波导型定向耦合器，其
1
4端口配置了一个小功 率匹配负载。
4
1
微带线型耦合器，其 4端口 配置了一个50 欧姆的匹配 负载。
• 短路负载 • 作用：将电磁能量全部反射回去 • 基本要求： 保证接触处||=1；当活塞移动时，接触损耗变化小；大功率时，活塞与波导壁间不应 产生打火现象。 • 种类：
隔离口④：一路经lg/4、另一路经3lg/4（等幅反相）在④口输出，④无输出。
由端口①输入的功率：
端口①匹配无反射；
S11 0
直通臂②输出功率为一半，相位滞后 /2；
耦合臂③输出功率为一半，相位滞后 ；
隔离口④无输出。
S41 0
分支耦合线具有结构对称性，其任一
端口都可作输入端口，两输出端口总
是在与输入端口相反的一边。
• 同轴线微带转换器
① 工作原理：同轴线中心导体 电流在微带线上激励场
② 注意：与微带连接处的同轴 线内导体的直径的选取与微 带线的特性阻抗有关，通常 使内导体直径等于微带线宽 度。
• 波导微带转换器
作用：将TE10 波转换为TEM 工作原理：在波导与微带线之间加一段脊波导过渡段，使微带线与波
3 1
E-T的S矩阵为：
2
1
1
1
2
2
2
S
1
1
1
2
2
2
1
1
0
2
2
H-T分支
1. 当信号由③口入时，①和②口都有等幅同 相输出
2. 当信号由1和2端口等幅同相输入时，3端口 输出最大
第5章_高功率微波源
甚至亚毫米波的很宽的频率范围内产生高脉
冲功率与连续波功率
5.2.1 发展概况及基本原理
电子回旋脉塞期间包括一大类器件,这 类期间又称为回旋管系列,属于快波器件. 电子回旋脉塞器件能以各种方式在跨越 厘米波,毫米波甚至亚毫米波的范围内产 生高脉冲功率与连续波功率
电子回旋脉塞发展历史
电子回旋脉塞起源于50年代末期,但是有3位学者开始进行电 子回旋脉塞互相作用产生微波的理论研究.
第五章 高功率微波源 Development and Appling of High Power Microwave(HPM)
5.1 引言
5.2 电子回旋脉塞及回旋管系列
5.3 相对论普通微波管系列 5.4 其他高功率微波器件
电磁波谱及主要产生方式
1 高功率微波(high power microwave-HPM)
如果高频场的角频率与电子回旋频率相等,受加 速的电子数等于受减速的电子数 如国高频场的角频率小于电子回旋频率.电磁波 场的旋转速度略慢于电子的旋转速度,则电子的 群聚落入加速场,有更多的电子受到加速而从波 场获得能量,场被电子吸收能量而衰减. 如国高频场的角频率大于电子回旋频率,电磁波 场的旋转速度略大于电子的旋转速度,则电子的 群聚落入波场的减速区.在场的一个周期内,减 速的电子数大于加速的电子数.净效果是电子注 失去能量,将能量交给高频场,波场得到增强,于 是产生微波振荡或放大.
非致命武器1美国陆军实验室正在研制的地面车辆制动装置就是利用微波源产生的脉冲波爆使远处的正在高速行驶的汽车失灵甚至报废2电力分配弹药epdmelectricpowerdistributionmanition当其飞抵目标上方时爆炸释放出大量松散的传导性碳纤维缠丝随风飘落缠绕在高能电缆上使电子设备严重短路3目前正在研制中的隐蔽式眩目激光武器是使用荧光技术其发射出的紫外光照射眼睛后眼睛会产生荧光感应出现视线模糊使人致晕但无致人失明的危险
冲功率与连续波功率
5.2.1 发展概况及基本原理
电子回旋脉塞期间包括一大类器件,这 类期间又称为回旋管系列,属于快波器件. 电子回旋脉塞器件能以各种方式在跨越 厘米波,毫米波甚至亚毫米波的范围内产 生高脉冲功率与连续波功率
电子回旋脉塞发展历史
电子回旋脉塞起源于50年代末期,但是有3位学者开始进行电 子回旋脉塞互相作用产生微波的理论研究.
第五章 高功率微波源 Development and Appling of High Power Microwave(HPM)
5.1 引言
5.2 电子回旋脉塞及回旋管系列
5.3 相对论普通微波管系列 5.4 其他高功率微波器件
电磁波谱及主要产生方式
1 高功率微波(high power microwave-HPM)
如果高频场的角频率与电子回旋频率相等,受加 速的电子数等于受减速的电子数 如国高频场的角频率小于电子回旋频率.电磁波 场的旋转速度略慢于电子的旋转速度,则电子的 群聚落入加速场,有更多的电子受到加速而从波 场获得能量,场被电子吸收能量而衰减. 如国高频场的角频率大于电子回旋频率,电磁波 场的旋转速度略大于电子的旋转速度,则电子的 群聚落入波场的减速区.在场的一个周期内,减 速的电子数大于加速的电子数.净效果是电子注 失去能量,将能量交给高频场,波场得到增强,于 是产生微波振荡或放大.
非致命武器1美国陆军实验室正在研制的地面车辆制动装置就是利用微波源产生的脉冲波爆使远处的正在高速行驶的汽车失灵甚至报废2电力分配弹药epdmelectricpowerdistributionmanition当其飞抵目标上方时爆炸释放出大量松散的传导性碳纤维缠丝随风飘落缠绕在高能电缆上使电子设备严重短路3目前正在研制中的隐蔽式眩目激光武器是使用荧光技术其发射出的紫外光照射眼睛后眼睛会产生荧光感应出现视线模糊使人致晕但无致人失明的危险
微波第5.1节ppt课件
11
3. 阻抗匹配元件
(1)螺钉调配器(bolt tuner)
螺钉不同的 深度等效为 不同的电抗
元件
使用时为了避免波导短路击穿，螺钉都设计成容性，即螺钉旋入 波导中的深度应小于3b/4。
螺钉调配器可分为单螺钉、双螺钉、三螺钉和四螺钉调配器。单螺 钉调配器通过调整螺钉的纵向位置和深度来实现匹配的。
12
弯曲的曲率半径应满足R 1.5a。
E面弯曲
H面弯曲
R 1.5b
当需要改变电磁波的极化方向而不改 变其传输方向时用波导扭转元件；
R 1.5a
9
(2)衰减元件和相移元件 (attenuators and phase shifters)
衰减器的种类很多，最常用是吸收式衰减器
沿电场方向放置衰减片
4
1. 终端负载元件
(1) 短路负载 (short circuit load)
主要有短路片和短路活塞
g/4
优点：损耗小， 驻波比可以做到 大于100
缺点：频带较窄
g/4
同轴线扼流 式短路活塞
g/4
波导的扼流 式短路活塞
它们的有效短路面不在活塞和系统内壁直接接触处，而向波源
方向移动g/2的距离。
5
(2)匹配负载(matched load)
匹配负载是一种几乎能全部吸收输入功率的单端口元件
对波导来说，小功率匹配负载一般在一段终端短路的波导内放置 一块或几块劈形吸收片。当吸收片平行地放置在波导中电场最强处， 吸收片强烈吸收微波能量，其反射变小，劈尖的长度越长吸收效果越
好，匹配性能越好，劈尖长度一般取g/2的整数倍。
扼流法兰特点：功率容量大，接触表面光洁度要求不高，但工作频 带较窄，驻波比的典型值是1.02。一般用于高功率、窄频带场合。
3. 阻抗匹配元件
(1)螺钉调配器(bolt tuner)
螺钉不同的 深度等效为 不同的电抗
元件
使用时为了避免波导短路击穿，螺钉都设计成容性，即螺钉旋入 波导中的深度应小于3b/4。
螺钉调配器可分为单螺钉、双螺钉、三螺钉和四螺钉调配器。单螺 钉调配器通过调整螺钉的纵向位置和深度来实现匹配的。
12
弯曲的曲率半径应满足R 1.5a。
E面弯曲
H面弯曲
R 1.5b
当需要改变电磁波的极化方向而不改 变其传输方向时用波导扭转元件；
R 1.5a
9
(2)衰减元件和相移元件 (attenuators and phase shifters)
衰减器的种类很多，最常用是吸收式衰减器
沿电场方向放置衰减片
4
1. 终端负载元件
(1) 短路负载 (short circuit load)
主要有短路片和短路活塞
g/4
优点：损耗小， 驻波比可以做到 大于100
缺点：频带较窄
g/4
同轴线扼流 式短路活塞
g/4
波导的扼流 式短路活塞
它们的有效短路面不在活塞和系统内壁直接接触处，而向波源
方向移动g/2的距离。
5
(2)匹配负载(matched load)
匹配负载是一种几乎能全部吸收输入功率的单端口元件
对波导来说，小功率匹配负载一般在一段终端短路的波导内放置 一块或几块劈形吸收片。当吸收片平行地放置在波导中电场最强处， 吸收片强烈吸收微波能量，其反射变小，劈尖的长度越长吸收效果越
好，匹配性能越好，劈尖长度一般取g/2的整数倍。
扼流法兰特点：功率容量大，接触表面光洁度要求不高，但工作频 带较窄，驻波比的典型值是1.02。一般用于高功率、窄频带场合。
第六章-常用微波元件2PPT课件
.
4
对于波导的T形接头，我们把主波导的两臂分别称为1和2端口，分 支臂称为3端口。分析波导的T形接头的工作特性，可利用波导中 TE10模的电场分布来分析。E-T接头和H-T接头中TE10模的电场分布 分别如图所示。
.
5
E-T接头具有下列特性：
(1) 当信号从3端口输入时，则1和2端口有等幅反相输出，用散射参量表示则有： S13 = -S23；
当l=lg/2时，波由A点经 短路器的反射回至A点所 走过的路程为2l= lg，由 路程所提相位差为2，加 上短路反射所得相位差， 因此，当波回A点时与1端 口的入射波为反相，因此， 3端口的输出为最大功率。
.
l
A
10
• 一波导匹配双T，其③端口为E臂，④端
口为H臂，若③端口输入功率为p，则①
端口输出功率为
的信号为差信号；如
果反射波与1端口的
l
信号反相时，3端口
输出为最大。
.
9
又由于短路器的反射系数为-1，即有的相位差。
当l=lg/4时，波由A点经短路器的反射回至A点所走过 的路程为2l= lg/2，由路程所提相位差为，加上短路反射 所得相位差，因此，当波回A点时与1端口的入射波为同 相，因此，3端口的输出为最小功率。
(2) 由于1和2端口在结构上对称，故有：S11 = S22；
(3) 当信号由1和2端口等幅同相输入时，3端口无输出，此时对称面为电场的波腹 点；反过来，当信号由1和2端口等幅反相输入时，3端口输出最大，此时对称面为 电场的波节点。
H-T接头具有下列特性：
(1) 当信号从3端口输入时，则1和2端口有等幅同相相输出，用散射参量表示则有： S13 = S23；
(2) 由于1和2端口在结构上对称，故有：S11 = S22；
《微波元器件介绍》课件
《微波元器件介绍》PPT 课件
微波元器件是通信和雷达等领域中的重要组成部分。本课件将介绍微波元器 件的应用、分类、选型原则、关键技术以及发展趋势。
1. 简介
微波元器件是用于处理和传输微波信号的电子器件。广泛应用于通信、雷达、 卫星通信、无线电天线和导航系统等领域。
• 什么是微波元器件 • 微波元器件的应用领域 • 微波元器件的分类
2. 常见的微波元器件
射频开关
通过控制电路的开关状态，实现对微波信号 的开关和切换，广泛应用于无线通信和雷达 系统。
耦合器
用于将微波信号从一个端口耦合到另一个端 口，常用于功率分配和天线系统。
功分器
将输入的微波信号均匀分配到多个输出端口， 常用于通信和雷达系统中的功率分配。
衰减器
用于减小微波信号的功率，常用于信号衰减 和匹配。
材料科学的进步将推动微波元器件的
设计优化与仿真技术应用
4
发展。
设计优化和仿真技术的应用将提高微 波元器件的性能和效率。
6. 总结
微波元器件在通信和雷达等领域中起着重要作用。随着技术的发展，微波元器件将继续提高集成度和性 能，推动通信技术的发展。 谢谢观看。
3.Байду номын сангаас微波元器件的选型原则
1 频率范围
选择适合所需频率范围的微波元器件。
3 功率处理能力
选择能够处理所需功率的微波元器件。
2 带宽与损耗
考虑微波元器件的带宽和损耗，确保符合 系统要求。
4 稳定性与可靠性
考虑微波元器件的稳定性和可靠性，确保 长期运行稳定。
4. 微波元器件的关键技术
封装与加工工艺
微波元器件的封装和加工工 艺需要考虑对微波信号的影 响。
材料选择与制备
微波元器件是通信和雷达等领域中的重要组成部分。本课件将介绍微波元器 件的应用、分类、选型原则、关键技术以及发展趋势。
1. 简介
微波元器件是用于处理和传输微波信号的电子器件。广泛应用于通信、雷达、 卫星通信、无线电天线和导航系统等领域。
• 什么是微波元器件 • 微波元器件的应用领域 • 微波元器件的分类
2. 常见的微波元器件
射频开关
通过控制电路的开关状态，实现对微波信号 的开关和切换，广泛应用于无线通信和雷达 系统。
耦合器
用于将微波信号从一个端口耦合到另一个端 口，常用于功率分配和天线系统。
功分器
将输入的微波信号均匀分配到多个输出端口， 常用于通信和雷达系统中的功率分配。
衰减器
用于减小微波信号的功率，常用于信号衰减 和匹配。
材料科学的进步将推动微波元器件的
设计优化与仿真技术应用
4
发展。
设计优化和仿真技术的应用将提高微 波元器件的性能和效率。
6. 总结
微波元器件在通信和雷达等领域中起着重要作用。随着技术的发展，微波元器件将继续提高集成度和性 能，推动通信技术的发展。 谢谢观看。
3.Байду номын сангаас微波元器件的选型原则
1 频率范围
选择适合所需频率范围的微波元器件。
3 功率处理能力
选择能够处理所需功率的微波元器件。
2 带宽与损耗
考虑微波元器件的带宽和损耗，确保符合 系统要求。
4 稳定性与可靠性
考虑微波元器件的稳定性和可靠性，确保 长期运行稳定。
4. 微波元器件的关键技术
封装与加工工艺
微波元器件的封装和加工工 艺需要考虑对微波信号的影 响。
材料选择与制备
半导体消融微波功率源PPT课件
半导体微波消融功率源
1
.
半导体微波功率源原理框图
半导体固态功率源是半导体射频能量应用的核心部件
采用最先进的高效率LDMOS以及GaN器件，结合智能控制与传感设
计，完成了全新的半导体固体源产品系列，具备以下技术优势：
Comba完成了ISM常用频段433/915/2450 MHz 功率
功率与辐射能量精确控制 频率与相位的精确控制与调节
微波消融针电缆损耗 微波消融针电缆损耗
输出 负载 失配 反射
3
.
微波消融射频能量传输
几个关键射频功率指标的计算方法：
A：消融针天线有效发射功率（即有效消融微波功率）Pout_E =固态源发射功率Pout-微波电缆正向损耗功率P_L1-微波消融针电缆正向损耗功率P_A1-负载失配反射功率Pref_A B：功放接受反射功率Pref_S=负载失配反射功率Pref_A-微波消融针电缆反向损耗功率P_A2-微波电缆反向损耗功率 P_L2 C：微波消融针耗散功率=微波消融针电缆正向损耗功率P_A1+微波消融针电缆反向损耗功率P_A2
100
-6.5
1.5
0.6
25.35169471 13.82010713
25.35%
天线目标辐射功率 功放测试回波 线缆损耗
消融针同轴损耗 功率源实际输出功率 针杆耗散功率
有效功率比
25.35
-14
1.5
0.6
45.92145234 4.634226907
55.20%
5
.
针杆耗散功率降低 有效功率比提升
Signal Source &Controller
PA Block
额定功率 额定效率
250W/54dBm ≥55%@Pout=54dBm
1
.
半导体微波功率源原理框图
半导体固态功率源是半导体射频能量应用的核心部件
采用最先进的高效率LDMOS以及GaN器件，结合智能控制与传感设
计，完成了全新的半导体固体源产品系列，具备以下技术优势：
Comba完成了ISM常用频段433/915/2450 MHz 功率
功率与辐射能量精确控制 频率与相位的精确控制与调节
微波消融针电缆损耗 微波消融针电缆损耗
输出 负载 失配 反射
3
.
微波消融射频能量传输
几个关键射频功率指标的计算方法：
A：消融针天线有效发射功率（即有效消融微波功率）Pout_E =固态源发射功率Pout-微波电缆正向损耗功率P_L1-微波消融针电缆正向损耗功率P_A1-负载失配反射功率Pref_A B：功放接受反射功率Pref_S=负载失配反射功率Pref_A-微波消融针电缆反向损耗功率P_A2-微波电缆反向损耗功率 P_L2 C：微波消融针耗散功率=微波消融针电缆正向损耗功率P_A1+微波消融针电缆反向损耗功率P_A2
100
-6.5
1.5
0.6
25.35169471 13.82010713
25.35%
天线目标辐射功率 功放测试回波 线缆损耗
消融针同轴损耗 功率源实际输出功率 针杆耗散功率
有效功率比
25.35
-14
1.5
0.6
45.92145234 4.634226907
55.20%
5
.
针杆耗散功率降低 有效功率比提升
Signal Source &Controller
PA Block
额定功率 额定效率
250W/54dBm ≥55%@Pout=54dBm
高功率微波及源器件
MILO的基本结构
相互作用区域中的电子除了沿轴向运动外，还有从阴极到阳极的一个横 向漂移运动
vz c(E B) / B 2 c Er0 / B 0 Er / B 0 vz0 vz
由于结构上的差异，演化方程和电子运动方程与O型器件是不同的
jz
v jz c
其它方面 高能RF加速器 磁约束等离子体受控热核聚变 材料加工 激光泵浦 环保工程等方面都有广泛的应用前景
HPM的发展与应用 HPM源器件分类及其基本理论基础 世界工作简单评介 定向能武器（DEW） 未来目标和发展
1 HPM源器件的分类
慢波(vp< c)
快波(vp > c)
O型
M型 空间电荷
HPM 相互作用示意图
对于大多数高功率微波(HPM)源，波的增长总是伴随着这种或那种方式 的电子群聚 ，电子束的群聚就是电子的相位被调制，群聚迫使所产生
的波具有相干性。
3 基本原理 切仑可夫 (Cherenkov) 器件（ O型）
当电子在介质中运动时，如果电子的运动速度大于光在介质中的传播 速度，电子就会产生切仑可夫辐射
快速实现无线宽带接入功能、建设局域微波通讯网提供多种网 络服务 覆盖范围广、通信距离远
HPM通信： 传送话音、数据、视频和图象等各种信号，且具有很强的通用 性
高效传输、高信息量、高保密性
雷达
高功率可以提高雷达的作用距离， 高重复速率可以改善雷达的分辨率高 高灵敏性、超距离雷达正在航天遥感和卫星导航以及空对地探测等领域发挥重大作用， 可以预言，高功率微波必将把雷达代入一个更高的技术水平和崭新的发展领域。 合成孔径雷达：是一种在距离向采用脉冲压缩，方位向采用合成孔径 原理的高分辨雷达。基本原理：相当于一个二维脉冲压缩滤波器
相互作用区域中的电子除了沿轴向运动外，还有从阴极到阳极的一个横 向漂移运动
vz c(E B) / B 2 c Er0 / B 0 Er / B 0 vz0 vz
由于结构上的差异，演化方程和电子运动方程与O型器件是不同的
jz
v jz c
其它方面 高能RF加速器 磁约束等离子体受控热核聚变 材料加工 激光泵浦 环保工程等方面都有广泛的应用前景
HPM的发展与应用 HPM源器件分类及其基本理论基础 世界工作简单评介 定向能武器（DEW） 未来目标和发展
1 HPM源器件的分类
慢波(vp< c)
快波(vp > c)
O型
M型 空间电荷
HPM 相互作用示意图
对于大多数高功率微波(HPM)源，波的增长总是伴随着这种或那种方式 的电子群聚 ，电子束的群聚就是电子的相位被调制，群聚迫使所产生
的波具有相干性。
3 基本原理 切仑可夫 (Cherenkov) 器件（ O型）
当电子在介质中运动时，如果电子的运动速度大于光在介质中的传播 速度，电子就会产生切仑可夫辐射
快速实现无线宽带接入功能、建设局域微波通讯网提供多种网 络服务 覆盖范围广、通信距离远
HPM通信： 传送话音、数据、视频和图象等各种信号，且具有很强的通用 性
高效传输、高信息量、高保密性
雷达
高功率可以提高雷达的作用距离， 高重复速率可以改善雷达的分辨率高 高灵敏性、超距离雷达正在航天遥感和卫星导航以及空对地探测等领域发挥重大作用， 可以预言，高功率微波必将把雷达代入一个更高的技术水平和崭新的发展领域。 合成孔径雷达：是一种在距离向采用脉冲压缩，方位向采用合成孔径 原理的高分辨雷达。基本原理：相当于一个二维脉冲压缩滤波器
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
快速实现无线宽带接入功能、建设局域微波通讯网提供多种网 络服务
覆盖范围广、通信距离远 HPM通信：
传送话音、数据、视频和图象等各种信号，且具有很强的通用 性
高效传输、高信息量、高保密性
雷达
高功率可以提高雷达的作用距离， 高重复速率可以改善雷达的分辨率高 可以预言，高功率微波必将把雷达代入一个更高的技术水平和崭新的发展领域。 合成孔径雷达：是一种在距离向采用脉冲压缩，方位向采用合成孔径 原理的高分辨雷达。基本原理：相当于一个二维脉冲压缩滤波器
HPM的发展原动力主要来自于军事需求
1937年
第一个腔型器件－速调管(klystron)诞生，随之而来
的是第二次世界大战期间的的科技大爆炸，战争的 需求导致了 磁控管(magnetron)、 行波管(traveling wave tube，简称TWT) 返波振荡器(backward wave oscillator，简称BWO) 的发明。
高功率微波及其发展应用简介 Development and Appling of High Power Microwave(HPM)
HPM的发展与应用
HPM源器件分类及其基本理论基础
世界工作简单评介 定向能武器（DEW） 未来目标和发展
电磁波谱及主要产生方式
1 高功率微波(high power microwave-HPM)
慢波(vp< c) 返波振荡器 行波管 表面波振荡器 多波契仑科夫发生器 相对论衍射发生器 相对论速调管 等 相对论磁控管 交叉场放大器 磁绝缘传输线振荡器 等 虚阴极振荡器 反射三极管 快波(vp > c) 自由电子激光器 回旋管 回旋返波振荡器 回旋行波管 回旋速调管 回旋自谐振脉塞 等 脉动场磁控管
进，其行为特性有很大的改善；另一方面，涌现出了许多像
相对论速调管(relativistic klystron)、虚阴极振荡器(vircator) 等一大批依赖强电流的高压运行器件，同时也随之出现了一 些专门以相对论效应为基础的器件，如我们所熟悉的回旋管 (grotron)、切仑可夫器件(Cherenkov)、自由电子激光(Free Electron Laser，简称FEL)等
峰值功率超过100MW 频率范围在0.3－300GHz之间 波长跨越厘米波和毫米波的脉冲电磁辐射
高功率微波源分
高平均功率源（宽带源）
高峰值功率源（窄带源）
性能指标：品质因子Pavf2(Pav为平均功率，f为频率)
在热核聚变、等离子体加热、先进的高能粒子
加速器和对撞机、高效通信和RF武器等需求的
强大驱动力下，微波器件的品质因子Pavf2以每 十年增长一个数量级的速度增长，从实际需求 看，当今和未来HPM技术正向着高功率、高效 率、宽频带的目标发展
O
型
M型Βιβλιοθήκη 空间电荷O型器件：
相对论电子束漂移方向与外加磁场（波的相速度）同向， 利用轴向 慢波结构实现电子束的群聚和波-束相互作用。 特点：频率稳定、波-束相互作用效率高、起振快 但它的高阻抗性质限制了功率的产生和提高，外加高磁场限制了器件 的小型化。
M型器件：
相对论电子束的漂移方向垂直与正交电磁场，电子在电磁场作用下
2 |EB |/ |B | 的漂移速度 v 与波的相速度vp 相等 d
特点：阻抗低，输入电压和电流可以很高，但往往效率很低。
本世纪60年代 由于核武器效应模拟和高能物理理论和技术的发展，促进了 脉冲功率(pulsed power)技术的引入，能量接近于电子静止
能量(510kev)的强流(I> MA)相对论电子束和电压为数兆伏
或更高的高压脉冲的产生已成为现实，这使得高功率微波的 范围得到了扩大。一方面，传统的微波器件在结构上得以改
微波武器
定向能武器（DEW）
激光武器 微波或射频武器 荷电粒子束武器
HPM武器的优点：
（1）不存在严重的传输问题 （2）全天候 随着微波技术与器件的发展，现代武器及军用设备都包含越来越多的电子元器 件，它们很容易遭 到高能 量脉冲功率的伤害； 随着微电子技术的发展，一个芯片上集成的元器件超过3亿个，使其受损阈值 大大降低
地域回波
高灵敏性、超距离雷达正在航天遥感和卫星导航以及空对地探测等领域发挥重大作用，
距离维 脉压滤波器
方向维 脉压滤波器
图象
它将雷达从用于“探测”目标提高到用于目标“成像”，应用领域也从军事侦察扩大
到经济、资源和高科技信息等方面。对信号的特殊处理方式也使SAR具有很强的抗干
扰性和相对较低的被侦察截获概率，从而使得对SAR系统干扰技术的研究随之成为现 代军事信息对抗研究中一个非常迫切的重要课题。
由于HPM具有比普通微波功率大、能量强、频率高的特点，所以它在 通信、雷达和其它民用领域的应用也非常广阔。
通信
在信息量方面，信息容量与频带宽度和中心频率成正比，信息量越大越复杂，就 需要越宽的频带和越高的频率。HPM通信可以载负更多的信息量，满足当今社会 信息容量极度膨胀、信息速度迅速增长的需要。 微波通信：
4 接受天线、5 高频电磁波整流器 6 变电设备 7 有线电网
其它方面 高能RF加速器 磁约束等离子体受控热核聚变 材料加工
激光泵浦
环保工程等方面都有广泛的应用前景
HPM的发展与应用
HPM源器件分类及其基本理论基础
世界工作简单评介
定向能武器（DEW）
未来目标和发展
1 HPM源器件的分类
发展重点
提高功率和能量并达到更宽的频段
要解决的基本问题
器件的效率和平均功率
目前效率
某些条件下功率效率40～50﹪ ，实际大多数情况功率效率只有 10﹪
未来希望
平均功率达到100kW水平
2 HPM的应用
高功率微波(HPM)的发展与它的应用和需求是一种强烈的伴生关系，军事需求 仍然是目前高功率微波(HPM)理论和技术发展的主要驱动力
无线输电
微波源或激光器、发射与接受天线、微波或激光整流器组成。
其中最关键的器件是将微波（或激光）能量转变为直流电的整流器 主要应用领域：
加电给低轨道军用卫星、
给一些难于架线或危险的地区供应电能、 保证天基定性向能武器系统的电力、 传送卫星太阳能电站的电能、 在月球和地球之间架起能量之桥等
1 电源 2 电磁波发生器 3 发射天线