微波振盪源

1921年發明的單腔磁控管，構成了最早的微波管振盪源。在第二次世界大戰前後雷達技術迅速發展的同時，相繼出現了速調管、行波管、返波管等新的管種，並逐漸應用於其他方面。70年代中期又出現了迴旋管。迄至50年代末期，微波管振盪源是產生微波正弦信號的唯一手段，它們具有輸出功率大、振盪頻率高、頻譜純、耐高低温和抗核輻射能力強等優點，但結構複雜、體積大、工作電壓高(最高達數十萬伏)，應用受到限制。50年代中期，參量放大器問世，迫切需要小型化的固態泵源。在半導體技術發展的基礎上，1957年發明了隧道二極管，此後陸續出現了電子轉移器件、雪崩渡越時間二極管等(見雪崩二極管)，並由它們構成了微波振盪源。與此同時，原用於低頻的晶體管在結構、材料和工藝方面經過不斷的改進，也能用來產生微波振盪。微波固態振盪源體積小、重量輕、結構簡單、壽命長，工作電壓僅為幾伏至幾十伏，而且便於集成化，但輸出功率小（單管輸出功率從毫瓦級到幾十瓦），已經達到的最高振盪頻率低於微波管振盪源的頻率。

微波管是以電子流為媒介，通過速度調製、密度調製和能量交換三個過程將直流能量轉換為微波能量的裝置。主要包括速調管、返波管（見行波管）、磁控管和迴旋管，各以不同的方式來實現上述三個過程。

速調管振盪器主要包括反射速調管振盪器、雙腔速調管振盪器、漂移速調管振盪器和分佈作用速調管振盪器。反射速調管振盪器效率低、輸出功率小，在很多場合已被固態振盪源所替代。

返波管振盪頻率最高可達1000吉赫左右，電壓調諧範圍可達幾個倍頻程，但效率低、輸出功率小，適合作小功率掃頻振盪源。磁控管效率可達80%以上，脈衝輸出功率達兆瓦級，連續波輸出功率達千瓦級，它常用於大功率脈衝發射機或微波能加熱應用的連續波振盪源。

當頻率很高時，返波管和磁控管中微波結構的尺寸必須相應地減小,使製造工藝和功耗散熱等發生困難,嚴重地限制了很高頻率下的輸出功率。

迴旋管採用特殊的電子槍發射螺旋形電子流，並在光滑的波導管中和快波的橫向高頻場相互作用，形成速度（能量）調製，又由於相對論效應而轉化為質量和迴旋頻率的調製，從而使電子流產生角向羣聚式的密度調製。在一定條件下，可使羣聚電子流的能量交給高頻場使之放大或產生振盪。迴旋管常採用高次模振盪的腔體，不存在尺寸縮小所引起的困難，因此，可以在毫米波以至亞毫米波波段產生幾十到幾百千瓦的功率，具有廣闊的應用前景。

用於產生微波振盪的半導體二極管主要有隧道二極管、電子轉移器件和雪崩渡越時間二極管。它們均屬負阻二極管，加直流偏置並以適當方式和傳輸線諧振迴路連接，可將直流能量轉化為高頻能量。在負阻所提供的高頻能量足以補償回路中正電阻所消耗能量的條件下，就能產生振盪。最早出現的隧道二極管振盪器由於輸出功率小、可靠性差，在其他固態振盪源出現以後已很少應用。

電子轉移器件振盪器又稱為體效應振盪器或耿氏振盪器。這種振盪器的最高頻率約為 100吉赫（非諧波輸出情況），單管輸出功率為毫瓦級，調頻調幅噪聲與反射速調管振盪器相近，適用於低噪聲混頻器的本振源或參量放大器的泵源。雪崩渡越時間二極管可以構成兩種模式的振盪器,即碰撞雪崩渡越時間模式(簡稱IMPATT模式)和俘獲等離子體雪崩觸發渡越模式(簡稱 TRAPATT模式)，前者已得到廣泛應用。它的最高振盪頻率可達300吉赫，輸出功率大於電子轉移器件振盪器，但因存在雪崩過程而調頻調幅噪聲大於其他固態振盪源。

微波雙極晶體管和微波場效應晶體管附加反饋電路後可構成晶體管振盪器。雙極晶體管的振盪頻率在10吉赫以下，應用受到限制。場效應晶體管的振盪頻率可達毫米波波段，輸出功率遠大於其他固態振盪源，而且適合於微波單片集成，有良好的應用前景。

各種微波固態振盪源都可以和變容二極管或釔鐵石榴石(YIG)單晶組成電調諧振盪器。其中YIG調諧振盪器的調諧範圍可達幾個倍頻程。