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南台科技大學 微波工程 報告 微波放大器＿行波管 老 班 學 姓 師：陳文山 副教授 級：碩電子一甲 系統組 號：M9930114 名：林旻生 目錄 ECM 輻射原理 磁旋管的四種基本形式 行波管 行波管的結構 行波管原理 行波管相關產品 行波管的應用範圍 雷達都卜勒效應 心得感想 報告人:林旻生 M9930114 Page2/14 ECM 輻射原理 一個重要的輻射機制。十年後，四位科學家幾乎 電子發射器所產生的電流，一般均為直流，不 會產生輻射。因此必須藉著某種機制，將電子 在同時，殊途同歸地發現了這個ECM 機制，因而 衍生出第四個微波管家族，並把波長向下延伸到 聚成一團一團 (通稱群聚)，使它成為交流電子 流，才能把電子動能輸送給電磁波。如果造成 毫米及次毫米範圍。 [1] 群聚的是一個弱電磁波，群聚後的電子流再將 動能回饋給電磁波，增長其強度，就會產生受 激輻射。一般真空輻射器件的類別，主要取決 於其群聚機制。在真空輻射器件研發最興盛的 1930 及1940 年代，研創出磁控管、速調管及 行波管三大微波管家族。 [1] 圖一：ECM 結構示意圖 報告人:林旻生 M9930114 圖片來源：物理雙月刊 （廿八卷二期）2006 年4 月 Page3/14 磁旋管的四種基本形式 1/2 ECM 輻射機制所演變出的各種輻射裝置，通稱磁旋管 (gyrotron)。因為結構不同，我們可將磁旋管分為四 種基本形式。 其中磁旋單腔管(gyromontron oscillator) 及磁旋調 速管(gyroklystron amplifier) 係國外積極進行的題目。 前者的應用涵蓋核融合迴旋共振加熱、材料處理、物 性偵測及頻譜學等，活動遍及全球。後者應用於下一 代加速器的rf source，新型雷達，及太空偵測等，美 俄兩國都有大型計畫。 另外還有磁旋行波放大器(Ggyro-TWT amplifier) 磁 旋返波震盪器(Gyro-BWO oscillator)。 [1] 報告人:林旻生 M9930114 Page4/14 磁旋管的四種基本形式 2/2 磁旋單腔管 (gyromontron oscillator) 磁旋行波放大器 (Ggyro-TWT amplifier) 磁旋調速管 (gyroklystron amplifier) 磁旋返波震盪器 (Gyro-BWO oscillator) 圖片來源：物理雙月刊 （廿八卷二期）2006 年4 月 報告人:林旻生 M9930114 Page5/14 行波管 行波管（TWT）的功用在於將微波訊號放大。 待放大的微波信號經輸入能量耦合器進入慢波 電路、並沿慢波電路行進。電子與行進的微波 場進行能量交換、使微波信號得到放大。 [2] 清大研發之迴旋行波放大器 圖片來源：物理雙月刊（廿八卷二期）2006 年4 月 報告人:林旻生 M9930114 Page6/14 行波管的結構 行波管剖視圖：(1)電子槍; (2)微波輸入; (3)磁鐵; (4)衰減器; (5)螺旋線; (6)微波輸出; (7)真空管; (8)收集極. 圖片來源：維基百科 報告人:林旻生 M9930114 Page7/14 行波管原理 在行波管中，電子注與慢波電路中的微波場發生相互作用。 微波場沿著慢波電路向前行進。為了使電子注同微波場產 生有效的相互作用，電子的直流運動速度應比沿慢波電路 行進的微波場的相位傳播速度(相速)略高，稱為同步條件。 輸入的微波信號在慢波電路建立起微弱的電磁場。電子注 進入慢波電路相互作用區域以後，首先受到微波場的速度 調制。電子在繼續向前運動時逐漸形成密度調制。大部分 電子群聚於減速場中，而且電子在減速場滯留時間比較長。 因此，電子注動能有一部分轉化為微波場的能量，從而使 微波信號得到放大。在同步條件下，電子注與行進的微波 場的這種相互作用沿著整個慢波電路連續進行。這是行波 管與速調管在原理上的根本區別。 報告人:林旻生 M9930114 Page8/14 行波管相關產品 8925H TWT 圖片來源：L-3 electron technologies, inc Frequency: 43.5 – 45.5 GHz Psat (min.): 186 W DC in (max): 485 W Dissipation (max): 340 W 報告人:林旻生 M9930114 Efficiency (typ.): 47 % Size (W x H x L): 2.8” x 2.3”x 12.0” Weight: 4.0 lbs Page9/14 行波管的應用範圍 空用都卜勒雷達發射機 電子反制系統 飛彈系統 地面通訊 人造衛星通訊 電視轉播台 接收用低雜訊放大器 寬帶雷達之發射機 相位點陣波源 報告人:林旻生 M9930114 Page10/14 雷達原理-都卜勒效應 都卜勒效應意識圖 報告人:林旻生 M9930114 Page11/14 行波管的應用範圍 5月12日美國五角大樓 通報了授予的上述合同， 通報指出：MK74 TARTAR-D系統行波 管是MK-74型導彈火力 控制系統（GMFCS） 的組件﹔MK-74導彈火 控系統作為艦上導彈武 器系統的一部分，發揮 支持戰艦執行防空和反 艦任務的功能。[6] 報告人:林旻生 M9930114 基德級驅逐艦 圖片來源：人民網-《環球時報》 Page12/14 心得感想 說到微波技術，直覺就會想到微波爐，但微波 技術的應用，不單單只有微波爐，其實微波技 術的應用，不管是在醫療上、軍事上、或是日 常生活中，可以說是無所不在 ，也都帶給人們 相當多的便利，透過各種不同的微波放大器， 放大了微波的頻寬、功率也使得應用的層面更 寬更多，但微波所產生的輻射，是會引響人的 中樞神經，所以要將其放大的微波，並非越大 越好，為了自身與他人的健康早想，還是需要 慎選放大器。 報告人:林旻生 M9930114 Page13/14 參考文獻 [1]物理雙月刊（廿八卷二期）2006 年4 月、電子迴旋脈射 — 原 理及應用、文/朱國瑞、張存續、陳仕宏 [2] 維基百科、行波管、http://zh.wikipedia.org/zhtw/%E8%A1%8C%E6%B3%A2%E7%AE%A1 [3] 【天涯若比鄰】電信科技與文物特展、 http://chatonline.nstm.gov.tw/c/c01-2.asp?sid=47&a=2 [4] L-3 electron technologies, inc、http://www.l-3com.com/ [5] 認識都卜勒氣象雷達─基本原理與性能、楊健生 [6] 雷達 軍用雷達 、台灣茶黨-軍事茶館、http://taiwantp.net/ 報告人:林旻生 M9930114 Page14/14