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南台科技大學 微波工程 報告

南台科技大學 微波工程 報告. 微波放大器 ＿ 行波管. 老　師：陳文山 副教授 班　級：碩電子一甲 系統組 學　號： M9930114 姓　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. ECM 輻射原理. 一個重要的輻射機制。十年後，四位科學家幾乎在同時，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毫米及次毫米範圍。 [1].

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  1. 南台科技大學微波工程 報告 微波放大器＿行波管 老　師：陳文山 副教授 班　級：碩電子一甲 系統組 學　號：M9930114 姓　名：林旻生

  2. 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

  3. ECM 輻射原理 • 一個重要的輻射機制。十年後，四位科學家幾乎在同時，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毫米及次毫米範圍。 [1] • 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 圖片來源：物理雙月刊（廿八卷二期）2006 年4 月

  4. 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]

  5. 磁旋管的四種基本形式 2/2 磁旋單腔管(gyromontron oscillator) 磁旋調速管(gyroklystron amplifier) 磁旋行波放大器(Ggyro-TWT 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

  6. 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

  7. 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

  8. 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。

  9. 行波管相關產品 • Frequency: 43.5 – 45.5 GHz • 􀂄Psat (min.): 186 W • 􀂄DC in (max): 485 W • 􀂄Dissipation (max): 340 W 8925H TWT 圖片來源：L-3 electron technologies, inc 􀂄Efficiency (typ.): 47 % 􀂄Size (W x H x L): 2.8” x 2.3”x 12.0” 􀂄Weight: 4.0 lbs

  10. 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

  11. 雷達原理-都卜勒效應 都卜勒效應意識圖

  12. 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：MK-74 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] 基德級驅逐艦圖片來源：人民網-《環球時報》

  13. 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。

  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/zh-tw/%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/

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