真空电子技术

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真空电子技术(Vacuum Electronics)

目录

什么是真空电子技术[1]

  真空电子技术是指利用电子在真空中的运动及其与外电路的相互作用而产生振荡、放大、混频、受激辐射或成像等功能的技术

真空电子技术的内容[2]

  真空电子技术主要包括:

  一、微波管技术

  该技术是关于微波器件的制造技术和性能改进技术。它是一个系列技术群,主要包括;微波管原理设计技术、微波管结构设计技术、微波管加工工艺技术等。具体技术有:

  微波管计算机辅助设计(CAD)技术。它是一整套从电子枪、聚焦到作用区大信号分析的设计与多级降压收集技术。

  色散成型技术。它是改进慢波微波器件的色散特性技术,使电子波的相速能在宽的频带内同步并完成宽频带放大。

  电路渐变技术。它是提高线路间的互作用效率的技术,通过采用改变螺距的方法,来改变电路波的相速,使部分流出能量的电子与场再进行能量交换,并使之再保持同步:

  二、宽带大功率合成技术

  宽带大功率合成技术是用功率合成的方法,实现几个或多个宽带小功率到宽带大功率聚焦的技术。由于热容量的局限性,使单管超宽带大输出功率的性能难以完成,如6-18GHz的行波管,连续波输出1000W就无法用单管来实现。

  宽带大功率合成的关键是相位与增益控制技术。如:通过宽带大功率合成技术,用4只70W、2-8GHz的单管,得到了250W的合成连续波功率输出;而Raytheon公司用8只最小输出100W、5-18GHz的单管,经功率合成,得到近1000W的宽带大功率输出

  三、真空微电子技术

  真空微电子技术实质就是常规真空电子技术与大规模集成电路技术的综合技术。它包括真空微电子器件工艺技术、真空微电子器件设计技术等。

  真空电子器件的微小型和集成化技术。国外已设计出立式微三极管和横式微三极管,其阴极、栅极和阳极构成的真空空间约为lpm。封装密度达到2.5X107个发射件/cm2。如美国Utah大学在单晶石英和金刚石衬底上制作薄膜慢波结构,采用光刻、离子刻蚀技术获得周期为181xm的慢波线,群件最大功率达100uW,最高振荡频率为1000GHz。

  此外,还出现有毫米波分布作用器件、真空微电子器件阵列、兆瓦级微波功率器件等。

真空电子技术的应用[2]

  尽管其他电子器件得到飞速发展,但近20年间,真空电子器件仍是当代军事电子装备中不可缺少的关键器件。如海湾战争中,美军使用的最先进、最关键的军事装备中都离不开真空电子群件。该技术的应用包括真空管显示器件、各类微波管,微波功率模块等。

  一、真空管显示器件

  真空管显示器件是以传统阴极射线管(CRT)为主要产品的器件,它主要包括:战况显示器件,座舱显示器件、头盔显示器件、情报显示器件、模拟显示器件和仪表显示器件等。

  真空显示器件发展的主要方向是:高亮度、高清晰度、高对比度、平面化、彩色化、大屏幕化,且具有体积小、重量轻、环境温度范围大,耐震动和冲击、抗辐射等优点。

  21世纪初的一段时间内,真空管显示(CRT)器件与液晶显示(LCD))器件、等离子显示(PDP)器件、电致发光显示(ELD)器件平分军事电子市场,形成相互竞争又相互并存的局面。

  二、微波管

  微波管包括各类行波管÷速调管、正交场器件、相对论:陕波器件等。如:宽带脉冲行波管、双模或多模行波管、调相行波管等;多腔速调管、行波速调管等;脉冲磁控管、重人式分布发射前向波放大管等;回旋管、虚阴极振荡器、回旋自谐振腔塞等。

  尽管有人预言:微波管将逐步让位于固体器件,但实践证明,这只有在频率较低、功率较小的应用领域才能出现,而在频率较高、功率较大的应用领域里,微波管仍具有独特作用,其他任何电子器件不可取代。

   随着军事电子技术与信息技术的发展,微波管器件正处于历史发展的新阶段,其主要发展趋势是:更高频率、更大功率、更宽频带、更高效率、更轻重量和更高可靠性等。特别是相对论微波器件将逐步走向成熟,并将得到更广泛的应用。

  三、微波功率模块

  微波功率模块(MPM)是真空电子器件技术与固态集成电路技术相结合的产物,它实现了真空电子器件的高峰值功率、高效率;和固态器件的体积小,重量轻、速度快的优点互补,具有极其优良的独特性能,如高功率、高速度、宽频带、轻重量、小体积等,这是任何其他单一技术器件所不能得到的。

  微波功率模块可制成单个结构或阵列结构,如x波段微波功率模块,可工作在6-18GHz,辅出功率100W,效率大于33%,增益大于50dB,噪声系数小于10dB,体积为150X100X80mm3

  、在雷达等军事装备中使用MPM模块,可使发射单元在尺寸、重量和成本方面得到至少一个数量级的改进,而可靠性可得到较大提高。如:在雷达X波段的相控阵单元,采用100W的功率模块,只需9100个模块,效率可提高35%,发射机价格则下降一半。

  据预测,在今后的20年间,MPM在军事雷达、导弹、通信、空间系统、电子战等多个领域中的需求量将急剧增加,粗略估计达106块以上。

参考文献

  1. 杨继武主编.最新部队战斗力与战斗作风建设实务全书 二.人民日报音像出版社,2006.01.
  2. 2.0 2.1 傅会民主编.军事信息技术.解放军出版社,2005年5月.
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