功放在各领域中的应用讲解

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1、 功放在各领域中的应用功放在各领域中的应用 目录 功放应用的不同领域功放应用的不同领域 1 功放在家电行业应用功放在家电行业应用 3 功放在无线移动通信行业应用功放在无线移动通信行业应用 3 2 功放在军工业应用功放在军工业应用 3 4 功放在医疗保健业应用功放在医疗保健业应用 5 功放在专网系统中的应用功放在专网系统中的应用 3 6 一、功放应用的不同领域一、功放应用的不同领域 功放应用不同领域 无线通信行业 1 家电行业 2 军工领域 3 医疗保健业4 公安、消防、交通等专网5 无线通信领域 二、功放在无线移动通信行业应用二、功放在无线移动通信行业应用 直放站应用分类： 无线通信领域 二、

2、功放在无线移动通信行业应用二、功放在无线移动通信行业应用 u 无源互调测试仪 1）可依托公司在功放及无源器件方面优势，体现与其它厂家不同点； 2）出名的公司，如美国凯镭思（kaelus）无源互调测试仪在欧美市场占80%以上份额，罗森伯 格在中国占有较大份额，2013年安立（Anritsu）也推出了该产品，南京纳特也是该系列产 品； 3）目标客户较多，包括运营商、设备商、测量认证机构，2011年中移动进行过便携式无源互调 分析仪的招标，罗森伯格占有较大份额； 4）可分为柜式和便携式，不过该产品对无源器件要求较高，功率为20W/每载波，共两载波，据 了解天馈事业部射频研发部以前做过类似产品，没有成

3、功。 无线通信领域 二、功放在无线移动通信行业应用二、功放在无线移动通信行业应用 u 功率容量测量仪 1）可依托部门在功放及相关技术（如ATS、GUI）优势，体现与其它厂家不同点； 2）澳华测控（PIMTEK）产品系列齐全，除了功率容量测量仪，也有无源互调测试仪；南京 纳特 也是专业作这类产品的公司，据了解，京信公司天馈事业部就购买了该公司的产品，单 频峰 值功率3000W，均值功率500W，价格在20万左右； 3）功放团队以前有开发这种设备经验，并针对公司内部以及外部有一定产品。 音响、多媒体音频功放 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 1、功率放大器（简称“功放”）是音响系统的一

4、个重要单元。它要将从调音台输 出的音频信号经过压限器，均衡器、激励器进行加工处理，最后将这个音频信 号的能量进行放大后来推动音箱，把声音送入声场。 音响、多媒体音频功放 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 2、按功放使用的元件来分：电子管式、晶体管式、集成电路式。 A、电子管功放：以电子管作为功率放大的主件。（70年代前使用）。 优点：音色柔和，富有弹性，空间感强。 缺点：体积大、笨重、功率小，耗能多，工作时需预热和散热。 B、晶体管功放：体积小，功率大，耗能低，技术指标高，具有良好的瞬间特性。 C、集成电路功放：噪声小，动态范围大，无需保护。 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三

5、、功放在家电行业应用 1）可依托部门在功放及批量生产方面优势，切入半导体微波炉； 2）美的2012年4月首次提出采用LDMOS功放管实现半导体微波炉，反响剧烈，以 前为磁控管需要电压4000V，寿命短、成本高，体积大，而半导体微波炉可以采 用32V或者更低，寿命长，体积小，安全，可为便携式微波炉的实现提供更好解 决方案，据了解，美的计划2014年销售几万台半导体微波炉； 3）半导体微波炉领域较新，是目前家电厂商研究热点，是否可以通过OEM业务 切入该领域； 4）车载微波炉目前属于较新产品，市场售价较高，国内厂商基本没有，主要是 美国厂家 WaveBox提供，市场较大。 半导体微波炉 三、功放在

6、家电行业应用三、功放在家电行业应用 风 扇 磁 控 管 变压 器 风冷却 供电系 统 发 射 微 波 腔体 食物盛放加热处 发射方式分类： 1、侧面发射 2、底部发射 传统微波炉基本结构图 高压变压器 高压电容 高压二极管 波导 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 传统微波炉结构实物图 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 传统微波炉关键部件 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 传 统 微 波 炉 微 波 传 输 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 一、磁控管 磁控管是微波电子管的一种，是一种重入式谐

7、振型正交场振荡器，通 常作为高功率微波能发生器。它最主要的特点是高效率和低工作电压，其次是 由于结构简单而带来的体积小、重量轻、使用方便、工作可靠和成本低等特点 。主要用于雷达、通讯、电子对抗、微波加热等方面。 随着微波理疗、微波辐射武器、微波等离子推进、微波促进化学反应等方 面的发展，磁控管行业也得到了较大发展。 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 一、磁控管 磁控管由于工作状态不同，可分为脉冲磁控管和连续波磁控管二类，前者 主要用于雷达、通讯、电子对抗等，后者主要用于微波加热及医疗等微波设备 ，主要有三种： 300W以下的供理疗用 400-1000W供微波炉加热用

8、1000W以上供工、农业使用 工作频率有915MHz和2450MHz两种 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 一、磁控管 磁控管由于工作状态不同，可分为脉冲磁控管和连续波磁控管二类，前者 主要用于雷达、通讯、电子对抗等，后者主要用于微波加热及医疗等微波设备 ，主要有三种： 300W以下的供理疗用 400-1000W供微波炉加热用 1000W以上供工、农业使用 工作频率有915MHz和2450MHz两种 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 二、磁控管工作原理 磁控管从原理上来讲是一种特殊的二极管，它有一个圆筒状的阴极以及一个 与之同轴的阳极。在工作

9、过程中阴极发射出的电子流在外部直流电场中获得 动能，并将动能的一部分转换成振荡体系的交变电场，就使振荡体系维持稳 定的振荡过程，振荡体系通过天线耦合发射出微波。 重点：能量的来源；能量的交换。 静态磁控管的基本特征 为了使问题简单，我们先来研究一下在平板电极系统中存在正交的直流电磁 场时电子的运动特征，这样的磁控管称为“静态磁控管”。 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 二、磁控管工作原理 假设两个无限大的相互平行的平板电极（近似磁控管的阴极与阳极）间的距离为d，两个极 板之间的直流电压为V，这时两极之间的直流电场为E=V/d；两极板之间还同时存在一个与图面 垂直的均匀

10、直流磁场，其磁感应强度为B。 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 二、磁控管工作原理 1、静态磁控管中电子的运动（电场+磁场） 如无磁场，则电子逸出阴极之后，就会在电场力的作用下直接向阳极运动，此电场 力： 若除电场之外，在阴极阳极空间还有一个磁场，那么电子运动的轨迹就不再是 直线。假设磁场强度是B，磁场方向与图面垂直，这时，电子就受到电场和磁场 两种外力的作用。 磁场对电子的作用力是： 在电子运动的全过程中，电场力F始终保持不变。但磁场力不但大小要变，而且方向也变 。 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 二、磁控管工作原理 静态磁控管中电子的运

11、动 当磁通密度B=0时为直线1 ； B BKP时为曲线2； B=BKP时为曲线3； B BKP时为曲线4。 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 二、磁控管工作原理 2、磁控管中的谐振系统 多腔磁控管中的高频系统是一个有许多小的谐振腔组成的谐振系统，这些小的谐振腔 的数目在厘米波段上的管子中，一般可有832个，毫米波段会更多些。这些谐振腔均匀的 分布在阳极圆周上，而且每一腔的缝隙口均与相互作用空间相通，每个小腔不是孤立的， 他们通过相互作用空间和管子的顶部空间相互耦合在一起，从而形成一个复杂的多腔谐振 系统。 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 二

12、、磁控管工作原理 3、磁控管的自激 现在我们设想一种“展开”式的磁控管，组成阳极块的谐振腔不象平常一样排列在 圆周上，而是排列成一条直线（图 12）。阳极与阴极之间有外加电源Ua构成足 够大的电位差，并有一均匀磁场方向垂直图面向里。电子流在恒定磁场与电场作 用下，“吹过”电谐振器，此时，电子流就按摆线的轨迹运动电子流的速度达到固 定值Ve时，在谐振器中建立起振荡。 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 二、磁控管工作原理 4、磁控管谐振系统的谐振模式 n多腔磁控管的谐振系统是一个由N个谐振腔组成的复杂系统，我们假定各个谐振腔都是 完全相同的。如果振荡已经产生，则在各个谐振

13、腔中都有高频振荡。在不同的腔中， 振荡的相位可以是不同的。但每两个相邻腔的振荡相位差应该是一样的。由于整个谐 振系统是封闭的，环绕一整周时总的相位差应为零或2的整数倍。于是可得： N=2*n n=0、1、2、3、- (1) 其中N为阳极谐振腔的数目，为相邻谐振腔中电磁振荡的相位差。 由（1）式得： =2n/N (2) 也就是说，当磁控管的腔数N确定后，可以有许多不同的相位差同时满足这一闭合回 路的谐振条件。相应于不同的n就有不同的谐振模式，他们有不同的谐振频率和场结构 。 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 二、磁控管工作原理 5、磁控管中电子与高频电磁场的相互作用 （

14、能量转换） 当振荡已经产生时，在相互作用空间就同时存在有四个场：恒定电场Eo、恒 定磁场B0、高频电场E、高频磁场B。 如同所有其他振荡器自激的条件一样,电子沿阴极运动的平均速度与阴极谐 振腔口高频场相位变化的速度同步，使电子运动经过各个腔口时始终都碰到是 高频推斥场。 从物理意义上说，这一条件就意味着电子始终处于高频场的减速场中，这样 电子就最有效的把自己从直流电场中获得的能量交给高频场而完成能量转换的 任务。 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 二、磁控管工作原理 微波炉磁控管的灯丝工作电压一般为交流33V，电流10A左右；阳极(对阴极)电压为直流 4000V左右。

15、磁控管通电工作时，灯丝被加热，同时在阴极 (灯丝)与阳极间形成高压电场 ，在电场作用下，阴极向阳极发射电子，阳极接收到电子而产生阳极电流。电子在到达每 个扇形阳极谐振腔时，按其谐振频率振荡， 同时因环形磁钢产生的恒定磁场垂直于高压 电场方向，在该磁场作用之下，电子沿着阴极、阳极间的圆周空间作摆轮曲线运动，形成 一个积聚能量的旋转电子云，并 向阳极不断输送，从而在阳极上获得稳定的每秒振动频 率约为245亿次的微波振荡能量。微波能量的大小主要取决于阳极电压的高低和磁场的 强弱，由于环形磁 钢的磁场强度恒定，故而微波输出功率主要与阳极电压相关。 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业

16、应用 三、磁控管管芯构造 天线帽 绝缘环 均压环 阳极筒 灯丝 天线 磁极A侧 阳极板 磁极K侧 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 四、微波炉微波传输示意图 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 半导体替代磁控管 7大核心技术：半导体大功率合成技术；半导体输出功率全程调节技术；半导 体微波炉效率提升技术；加热频率自动控制技术；半导体微波馈入技术；半导 体功率源负载刚性提升技术；半导体微波炉匹配技术。 半导体微波发生器 包括微波信号产生电路和功率放大电路 另外，新概念有太阳能微波炉、云计算微波炉等。 半导体微波炉 三、功放在家电行业应用三、功放在家电行业应用 半导体替代磁控管 目前半导体微波技术多采用源发生2450MHz小信号微波，再对小信号微波进行放大的 原理。其中放大部分多采用两级放大，初次小信号放大和二次放大(图)。源、放大原理在 大功率微波加热