大功率速调管的设计制造和应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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丁耀根 著

图书标签:

• 速调管
• 大功率
• 射频电路
• 功率放大器
• 电路设计
• 制造工艺
• 应用技术
• 电子工程
• 无线通信
• 微波技术

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118072129

版次：1

商品编码：10556923

包装：精装

开本：16开

出版时间：2010-12-01

用纸：胶版纸

页数：480

字数：571000

正文语种：中文

内容简介

大功率速调管是一种高功率微波真空电子器件，作为高功率微波电子系统发射机的末级功率放大器，广泛应用于雷达、通信、电视广播、电子对抗、粒子加速器、等离子体加热装置等领域，是军用和民用微波电子系统的关键电子器件。《大功率速调管的设计制造和应用》吸取国内外相关单位在研制大功率速调管方面取得的研究进展，对速调管的总体和关键部件的设计、速调管结构和制备工艺、速调管测试和使用等方面作比较系统的论述。
《大功率速调管的设计制造和应用》适用于从事大功率速调管研究、开发和生产以及大功率微波电子系统的研制和使用、真空电子学领域的科研和教学人员以及相关专业的研究生。对从事其他类型大功率微波真空电子器件、粒子加速器和等离子体加热装置研究和应用的相关人员也有参考价值。

作者简介

丁耀根，男，江苏常州（原武进）人，1942年5月生，1965年7月毕业于南京大学物理系无线电电子学专业，同年进入中国科学院电子学研究所工作，现为该所研究员，博士研究生导师，中国科学院高功率微波源与技术重点实验室学术委员会副主任，国际电气与电子工程师学会（IEEE）高级会员，中国电子学会真空电子学分会副主任委员。长期从事大功率微波真空电子器件的理论和实验研究，负责和参加了用于国家重点工程的大功率速调管和多注速调管的研究项目30多项，获得国家科技进步二等奖2项，国防科学技术一、二等奖，中科院科技进步一、二等奖，中科院重大成果奖和全国科学大会奖等科技成果16项，出版专著2本，在国内外学术刊物和会议上发表论文170余篇，培养博士和硕士研究生30多名。

目录

第1章 绪论
1．1 基本工作原理
1．2 速调管的分类
1．3 速调管的技术现状和发展趋势
参考文献

第2章 速调管的特性和工作参数
2．1 速调管的性能指标
2．2 速调管的工作方式
2．3 速调管的工作参数
2．4 典型速调管的性能和工作参数
参考文献

第3章 速调管的总体设计
3．1 微波电子系统对速调管性能的要求和总体设计考虑
3．2 影响速调管性能的主要因素
3．3 速调管总体设计计算
3．4 宽带速调管的设计
3．5 高效率速调管的设计
3．6 多注速调管的设计
参考文献

第4章 阴极和热子
4．1 引言
4．2 阴极的发射和蒸散特性
4．3 氧化物阴极
4．4 浸渍阴极
4．5 热子和热子组件
4．6 阴极在大功率速调管中的应用
参考文献

第5章 电子枪和聚焦系统
5．1 引言
5．2 电子枪的调制方式
5．3 电子枪的耐压
5．4 电磁聚焦系统
5．5 均匀永磁聚焦系统
5．6 周期反转永磁聚焦系统
5．7 周期永磁聚焦系统
参考文献

第6章谐振腔
6．1 引言
6．2 谐振腔的优化设计
6．3 谐振腔与外电路的耦合
6．4 谐振腔特性的测量
6．5 谐振腔的加载
6．6 谐振腔的调谐
6．7 谐振腔的散热
6．8 谐振腔的高频击穿
参考文献

第7章 输出电路
7．1 引言
7．2 滤波器加载宽带输出电路
7．3 重叠模双间隙耦合腔宽带输出电路
7．4 滤波器加载双间隙耦合腔宽带输出电路
7．5 多模宽带输出电路
7．6 高峰值功率速调管的输出电路
7．7 输出电路阻抗-频率特性测量和调试
参考文献

第8章输出窗
8．1 引言
8．2 输出窗的设计计算
8．3 输出窗的材料
8．4 输出窗损坏和机理分析
8．5 二次电子倍增效应及其抑制
8．6 输出窗的功率容量
8．7 输出窗的高功率试验
8．8 提高输出窗功率容量的方法和新型输出窗
参考文献

第9章 收集极和冷却系统
9．1 引言
9．2 计算流体与发热面间热交换的基本公式
9．3 风冷收集极的设计
9．4 水冷收集极的设计
9．5 蒸发冷却收集极的设计
9．6 速调管冷却系统
9．7 降压收集极
9．8 收集极绝缘陶瓷的微波泄漏
9．9 收集极冷却结构的计算模拟
参考文献

第10章 速调管的结构和工艺
10．1 引言
10．2 电子枪结构和制备工艺
10．3 高频互作用电路的结构设计和制备工艺
10．4 谐振腔和调谐机构的结构
10．5 输出宙的结构和制备工艺
10．6 钛泵和吸气剂
10．7 微波衰减材料和涂覆工艺
10．8 速调管材料及其特性
10．9 速调管烘烤和排气工艺
10．10 速调管的加工和制备工艺
10．11 真空卫生
参考文献

第11章 速调管的测试、老练和使用
11．1 速调管测试系统
11．2 电源和调制器
11．3 速调管直流特性的测试
11．4 速调管高频特性的测试
11．5 微波大功率测量和大功率负载
11．6 负载失配对速调管性能的影响
11．7 速调管的使用
11．8 x射线辐射和微波泄漏的防护
参考文献

第12章 速调管的振荡和不稳定性
12．1 引言
12．2 电子枪区的二极管振荡
12．3 宽带速调管中的谐振腔高次模振荡
12．4 双间隙耦合腔宽带输出电路的振荡
12．5 漂移管振荡和相邻谐振腔耦合引起的振荡
12．6 二次电子和反射电子引起的杂谱和振荡
12．7 速调管的离子噪声和不稳定性
参考文献
第亚3章 速调管的可靠性和寿命
13．1 速调管故障类型
13．2 速调管可靠性和寿命的评估
13．3 速调管的故障模式和寿命
13．4 速调管故障模式分析
13．5 速调管可靠性设计和试验
13．6 速调管的贮存故障
参考文献

第14章 典型速调管
14．1 高峰值功率速调管
14．2 连续波和高平均功率速调管
14．3 雷达用大功率速调管
14．4 多注速调管
14．5 通信广播用连续波速调管
14．6 电视广播用速调管
14．7 感应输出管
参考文献

精彩书摘

大功率速调管是一种基于速度调制原理将电子注能量转换成微波能量的微波真空器件。在大功率速调管中，由于电子注的产生和形成、电子注与微波场的相互作用，电子剩余能量的耗散和微波能量的输出是在相互分离的空间中进行的，而且其高频互作用系统是分离的谐振腔，因而它具有高功率、高增益、高效率、高稳定性和长寿命等优点。目前，大功率速调管的峰值功率已超过200Mw，连续波输出功率超过lMW，是微波真空电子器件中脉冲功率和平均功率最高的器件。
从美国Varian兄弟1937年研制出第一个速调管至今，速调管的发展已有70多年的历史。随着各种速调管理论的建立，电真空材料、工艺和相关技术的进步，以及计算机模拟手段的发展，速调管的功率、效率、增益、带宽等性能不断提高，速调管作为大功率微波电子系统的末级功率放大器，已广泛应用于各种民用和军用微波电子系统。
在粒子加速器、可控热核聚变等离子体加热装置、微波武器、空间微波能输电和工业微波加热与处理系统等直接应用微波能的场合，速调管占有主导地位。在气象和导航雷达、通信、电视广播等窄带应用场合，速调管也得到了广泛的应用。通过采用机械调谐、参差调谐、滤波器加载输出电路、分布作用输出电路和行波输出电路，特别是通过多电子注技术等技术手段展宽频带，使速调管成为一种高功率、宽频带的微波真空电子器件，并在宽带雷达系统、电子对抗和通信系统等领域也获得了广泛的应用。
我国从20世纪50年代末起开始发展大功率速调管，至今已有50多年的历史。50多年来，我国已研制成功多种类型的大功率速调管，并在各种雷达、加速器、通信和电视广播系统获得广泛应用。
本书将比较全面地总结作者和他的同事们40多年来在研制大功率速调管方面取得的成果和实际经验，同时吸取国内外相关单位在研制大功率速调管方面取得的成果，对速调管的总体和关键部件的设计、速调管结构和制备工艺、速调管测试和使用等方面遇到的理论和技术问题作比较系统的论述，为研究、发展和使用速调管的相关人员提供参考。
本章将扼要介绍速调管的基本原理、速调管的分类、技术现状和发展趋势。

前言/序言

《高频器件的微观世界：从原理到实践的探索》 在当今信息爆炸的时代，高效、可靠的信号传输和处理是技术发展的基石。而支撑起这一切的，是那些看似微小，却蕴含着强大能量的电子器件。本书并非聚焦于某一特定类型的器件，而是将视角放宽，深入探索高频电子器件领域的奥秘，从基础的物理原理到精密的制造工艺，再到广泛的应用场景，为读者构建一个全面而深入的认知框架。 第一章：高频电磁场的奇妙旅程 本章将带领读者穿越微观的电磁世界，理解高频电磁场行为的独特之处。我们将从经典电磁理论出发，回顾麦克斯韦方程组在描述高频现象中的重要性。但高频环境下的传播效应、损耗机制，以及介质的非线性效应，往往与低频环境截然不同。我们将深入探讨趋肤效应，理解电流如何在导体表面聚集，以及它如何影响导体的电阻特性。同时，集肤深度随频率的变化规律，以及不同材料在不同频率下的表现，都将是本章的重点。 此外，回流电流（return current）的分布和影响，在PCB设计和器件封装中至关重要，我们将详细分析其产生的原因、传播路径以及对信号完整性的潜在威胁。谐振现象，作为高频电路中无处不在的效应，也将被深入剖析。从简单的LC谐振电路，到复杂的分布参数结构，我们将理解谐振如何产生，以及如何利用或避免它。这包括传输线理论的基础，如特性阻抗、传播常数、反射系数和驻波比等概念，以及它们在高频设计中的意义。 电磁兼容性（EMC）问题在高频电路设计中不容忽视。本章将初步探讨辐射和耦合的机理，为后续章节中器件和系统层面的EMC优化打下基础。我们将审视电磁波的散射、衍射和吸收，以及这些现象如何影响器件的性能和整个系统的可靠性。最后，本章还将对高频环境下材料的电磁特性进行讨论，包括介电常数、磁导率、损耗因子等参数随频率的变化，以及这些参数如何影响器件的设计和选择。 第二章：精密制造的艺术：从材料到成品 高频器件的性能高度依赖于其制造的精度和工艺的先进性。本章将揭示精密制造的艺术，将读者带入材料选择、加工工艺和质量控制的严谨世界。我们将首先探讨适用于高频器件的特种材料。除了常见的金属和绝缘体，我们还将关注陶瓷、石英、聚合物复合材料等在特定高频应用中的角色。例如，低介电损耗的陶瓷材料在制造高性能滤波器和天线时不可或缺，而具有特殊介电性能的聚合物则被用于设计高频印制电路板（PCB）。 半导体材料的进展是高频器件发展的核心驱动力。本章将回顾硅（Si）、砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）等半导体材料在高频器件中的应用。我们将分析它们各自的载流子迁移率、击穿电压、导热性等关键参数，以及这些参数如何决定器件在高频下的性能极限。尤其会关注GaN材料在功率放大和高频开关领域的崛起，及其带来的技术革新。 微纳加工技术是制造高频器件的基石。本章将深入介绍光刻、刻蚀、薄膜沉积等核心工艺。我们将解释光刻的精度如何决定器件的最小尺寸，从而影响其工作频率。干法刻蚀和湿法刻蚀在不同材料和结构上的应用差异，以及它们的优缺点，都将进行对比分析。物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）在制备高质量金属和介质薄膜中的作用，以及原子层沉积（ALD）等先进技术如何实现超薄、均匀的薄膜覆盖，也将是探讨的重点。 封装技术对高频器件的性能至关重要。本章将深入研究各种高频封装的类型，如QFN、BGA、倒装芯片等，并分析它们在高频性能上的差异。我们将探讨封装材料的选择（如陶瓷、金属、低介电损耗的有机材料），以及封装结构对寄生参数（如电感和电容）的影响。散热设计在功率型高频器件中更是生死攸关，我们将讨论各种散热技术，如热沉、热管、均热板等。 质量控制和可靠性测试是确保器件性能稳定的关键。本章将介绍各种先进的检测技术，包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）用于形貌和微观结构分析，原子力显微镜（AFM）用于表面形貌测量，以及X射线衍射（XRD）用于晶体结构分析。我们将探讨高温高湿试验、高低温循环试验、振动试验等加速寿命试验方法，以评估器件在各种严苛环境下的可靠性。 第三章：信号的脉搏：各类高频器件的功能与原理 本章将聚焦于构成现代电子系统的各种核心高频器件，深入剖析它们的物理原理、工作特性以及在电路中的具体功能。我们将从基础的无源高频器件讲起。电阻在高频下的寄生电感和电容，以及它们对电路性能的影响，都将是讨论的起点。电容器在高频下的等效串联电感（ESL）和等效串联电阻（ESR），以及它们如何限制电容在高频下的滤波能力，也将被详细阐述。电感在高频下的趋肤效应和铁损，以及如何选择合适的电感器以减小损耗，是本章的重要内容。 在有源器件方面，我们将重点介绍半导体器件在高频下的工作原理。晶体管作为放大和开关的核心，其在高频下的性能极限，如截止频率（fT）和最大振荡频率（fmax），以及影响这些参数的关键因素（如载流子迁移率、栅极长度、基区宽度等），都将是深入探讨的主题。我们将分析双极晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）在高频应用中的优势与劣势，特别是MOSFET和MESFET在高频功率放大和高速开关电路中的作用。 微波二极管，如PIN二极管、肖特基二极管等，在射频开关、限幅器和混频器中扮演着重要角色。本章将揭示它们在高频下的快速响应机制和功率处理能力。 振荡器是产生高频信号源的关键。我们将分析各种类型的振荡器，如LC振荡器、RC振荡器、晶体振荡器以及微机电系统（MEMS）振荡器。它们的频率稳定性、相位噪声以及在高频电路中的应用场景都将得到详细介绍。 滤波器是选择性处理信号不可或缺的组件。本章将深入探讨各种高频滤波器类型，包括低通、高通、带通和带阻滤波器。我们将分析基于集总参数和分布参数的滤波器设计方法，如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆函数等逼近理论，以及微带线、同轴线等作为滤波器单元的实现方式。 混频器和倍频器是实现频率转换和信号合成的重要功能模块。我们将分析它们的变频原理，如乘法器和非线性器件在频率合成中的作用，以及噪声抑制和镜像抑制技术。 第四章：系统集成与应用：驱动创新 高频器件的价值最终体现在其所构建的各种系统和应用中。本章将带领读者从器件层面跳升至系统层面，探讨高频器件在通信、雷达、医疗、工业等领域的广泛应用，以及系统集成中的关键挑战。 在通信领域，无线通信系统是高频器件应用的典型代表。我们将探讨蜂窝通信（2G、3G、4G、5G）中的射频前端设计，包括功率放大器、低噪声放大器、滤波器、开关等如何协同工作以实现高效的信号收发。数字电视、卫星通信、Wi-Fi和蓝牙等无线技术，都离不开高性能的高频器件。 雷达系统是另一大高频器件应用领域。我们将在本章中探讨雷达系统中脉冲产生、信号传输、目标探测和信号处理所涉及的高频器件。从传统的脉冲多普勒雷达，到现代的相控阵雷达，各种先进的高频技术都在不断推动着雷达性能的提升。 除了上述两大领域，高频器件在其他领域的应用同样具有深远影响。在医疗领域，磁共振成像（MRI）等医疗成像技术依赖于强大的射频场生成和精确的信号探测。在工业领域，射频加热、高频焊接等工艺，以及精密测量仪器，都离不开高频器件的支撑。 在系统集成过程中，阻抗匹配是保证信号高效传输的关键。本章将深入分析阻抗失配造成的功率损耗和信号失真，以及各种阻抗匹配技术，如匹配网络设计、史密斯圆图的应用等。 噪声管理是所有高频系统都需要面对的挑战。我们将探讨噪声的来源，以及如何通过器件选择、电路设计和滤波技术来降低系统噪声，提高信噪比。 互调失真（IMD）是多频信号在非线性器件中相互作用产生的有害信号，它会严重影响系统的性能。本章将分析互调失真的产生机理，以及抑制IMD的策略，如使用线性度更高的器件、采用预失真技术等。 最后，本章还将展望高频器件的未来发展趋势，包括更高频率（太赫兹）、更高功率密度、更低功耗、更高集成度以及向人工智能和物联网领域的渗透，为读者描绘出令人兴奋的未来图景。 本书旨在通过由浅入深的讲解，将复杂的科学原理与实际应用相结合，为电子工程领域的学生、研究人员和工程师提供一个全面而系统的学习平台。我们希望通过对高频电子器件微观世界的深入探索，激发读者对这一充满活力的领域的兴趣，并为未来的技术创新贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉，更像是一本凝聚了无数心血的“工具书”，而非一本单纯的科普读物。它没有故弄玄虚的辞藻，也没有华而不实的理论探讨，而是直击核心，提供了一种近乎“秘籍”般的指导。我最欣赏的是它在设计部分所展现出的那种“工程思维”。作者不仅仅是告诉你“怎么做”，更是解释了“为什么这么做”，每一个设计决策背后都有其严谨的理论支撑和工程考量。例如，在讲解散热设计时，书中列举了多种不同的散热方案，并详细分析了各自的优缺点、适用范围以及在实际应用中可能遇到的问题，并给出了相应的解决方案。这种“预见性”和“解决问题导向”的设计思路，对于正在从事相关研发工作的工程师来说，简直是如获至宝。此外，书中在工艺流程的描述上也相当详尽，从原材料的处理到最终产品的组装，每一个环节都标注得清清楚楚，仿佛在手把手地指导你进行操作，极大地降低了学习成本，也减少了实践中的试错。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就相当有吸引力，一种厚重而专业的质感扑面而来，让人一看就知道里面蕴含着扎实的知识。虽然我对这个领域算不上是专家，但当我翻开这本书时，就被它严谨的逻辑和清晰的结构所吸引。书中开篇就如同向导一般，为读者铺垫了坚实的基础，从物理原理的讲解到基本器件的介绍，都做到了深入浅出，即使是初次接触大功率速调管的读者，也能循序渐进地理解其核心概念。作者在叙述过程中，仿佛是一位经验丰富的工程师，娓娓道来，将复杂的理论化为易于理解的语言。而且，书中大量引入的示意图和流程图，更是锦上添花，它们不仅仅是图片的堆砌，更是帮助理解抽象概念的绝佳工具，让那些原本可能令人望而生畏的公式和原理，变得触手可及，极大地提升了阅读的效率和乐趣。我尤其喜欢其中关于材料选择的章节，那份细致入微的考量，以及对不同材料性能优劣的深入剖析，体现了作者深厚的实践功底。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受是它对“前沿性”的把握相当到位。虽然“大功率速调管”这个词听起来似乎有些年代感，但这本书在其中注入了许多现代化的技术理念和最新研究成果。我惊喜地发现，书中并没有停留在对传统技术的复述，而是对一些新兴的制造技术、精密加工工艺以及现代化的测试手段进行了深入的探讨。特别是在应用部分，书中列举了诸如高功率微波源、粒子加速器等多个前沿领域，并详细阐述了速调管在这些领域的具体作用和发展前景。这让我意识到，即使是看似成熟的技术，也依然有着广阔的创新空间和巨大的应用潜力。作者在介绍这些前沿内容时，并没有流于表面，而是深入到技术细节，提供了许多值得参考的参数和设计思路，这对于希望拓展自己技术视野的研究者来说，无疑是一次宝贵的学习机会。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的整体感受是，它是一本非常“接地气”的技术专著。它的语言风格朴实无华，没有那些晦涩难懂的专业术语堆砌，而是用一种非常平实的语言，将复杂的技术问题娓娓道来。尽管内容深度不浅，但阅读起来却丝毫不会感到吃力。书中的图表和数据分析都非常详实，而且都围绕着实际的工程问题展开，读完之后，我感觉自己对大功率速调管的了解，已经从“知其然”上升到了“知其所以然”的境界。更重要的是，书中提供了一些非常实用的“经验之谈”，这些是你在其他纯理论书籍中难以找到的，例如在实际生产过程中需要注意的细节、容易被忽视的环节、以及一些“潜规则”式的处理方法。这些宝贵的经验，对于任何一个想要在大功率速调管领域有所建树的人来说，都是极其珍贵的财富。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的亮点，在我看来，是它将“理论”与“实践”完美地结合在了一起。许多技术书籍往往要么过于偏重理论，让读者感到枯燥乏味；要么过于偏重实践，却缺乏深入的原理阐述。而这本《大功率速调管的设计制造和应用》则恰恰找到了一个绝佳的平衡点。书中在阐述某个设计原则或制造工艺时，总会先给出严谨的理论推导，然后紧接着通过具体的工程实例来加以印证，让读者在理解理论的同时，也能直观地感受到其在实际应用中的价值。我尤其喜欢其中关于“误差分析与补偿”的章节，书中详细讲解了在速调管制造过程中可能出现的各种误差，并给出了如何通过优化设计和工艺来减小这些误差，甚至是如何在后续的调试过程中进行精确补偿的。这种“化繁为简”的智慧，以及将复杂问题分解并逐一解决的思路，对于提升实际工程能力有着巨大的帮助。