磁控管工作原理

磁控管用以產(chǎn)生大功率微波振蕩的微波電子管。在磁控管中，電子運(yùn)動(dòng)方向、徑向直流電場(chǎng)和軸向恒定磁場(chǎng)三者磁控管-發(fā)展早期的磁控管（負(fù)阻磁控管和回旋磁控管）由于效率極低，沒(méi)有實(shí)用意義。第一只多腔磁控管是蘇聯(lián)工程師H.①.阿列克謝也夫和口.E.馬遼邏夫于1936?1937年間制成的。1939年,英國(guó)物理學(xué)家H.A.H.布特和J.T.蘭道爾也制成了多腔磁控管。在第二次世界大戰(zhàn)中，多腔磁控管廣泛用于軍用雷達(dá)發(fā)射機(jī)，發(fā)揮了很大的作用。到1945年,其工作頻率已達(dá)30吉赫。一般所稱的磁控管,即指多腔磁控管。磁控管-特點(diǎn)磁控管的特點(diǎn)是功率大、效率高、工作電壓低、尺寸小、重量輕、成本低。磁控管主要由陰極、陽(yáng)極、能量耦合裝置、磁路和調(diào)諧裝置等五個(gè)部件構(gòu)成（圖1）。固定頻率的磁控管中不設(shè)調(diào)諧裝置。ES1不設(shè)調(diào)諧裝置。ES1雜控桔的姑料題磁控管磁控管-工作原理

題題磁控管磁控管通常工作在療模，相鄰兩個(gè)諧振腔腔口處微波電場(chǎng)相位正好相差180°，即微波電場(chǎng)方向正好相反（圖2）。雖然這種微波場(chǎng)為駐波場(chǎng)，但在7模的情況下，相當(dāng)于兩個(gè)相同的微波場(chǎng)在圓周上沿相反的方向運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)場(chǎng)的相速值相等。從陰極發(fā)射出的電子在正交電磁場(chǎng)作用下作輪擺線運(yùn)動(dòng)。調(diào)節(jié)直流電壓和恒定磁場(chǎng),使電子在圓周方向的平均漂移速度v=E/B正好等于在其方向上運(yùn)動(dòng)的一個(gè)微波場(chǎng)的相速v（式中E是直流電壓在互作用空間產(chǎn)生的直流電場(chǎng)平均值,B為軸向恒定磁感應(yīng)強(qiáng)度），電子就可以與微波場(chǎng)作同步運(yùn)動(dòng)。在同步運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，處在微波減速場(chǎng)中的那部分電子將自己的直流位能逐漸交給微波場(chǎng)，并向陽(yáng)極靠攏，最后為陽(yáng)極所收集。這部分電子向微波場(chǎng)轉(zhuǎn)移能量，有利于在磁控管中建立穩(wěn)定的微波振蕩，故稱為有利電子。處在微波加速場(chǎng)的那部分電子從微波場(chǎng)獲得能量并向陰極運(yùn)動(dòng)最后打在陰極上。這部分電子稱為不利電子。不利電子在回轟陰極時(shí)打出大量的次級(jí)電子使互作用空間電子的數(shù)量因之增加。最大減速場(chǎng)區(qū)是電子的群聚中心。在它兩旁的電子都受到向這個(gè)群聚中心靠攏的力而向群聚中心運(yùn)動(dòng)。最大加速場(chǎng)區(qū)是電子的散聚中心，附近的電子都受到背離散聚中心的力,分別向左右兩邊運(yùn)動(dòng),轉(zhuǎn)化為有利電子。這樣，在振蕩建立過(guò)程中不利電子越來(lái)越少，有利電子越來(lái)越多，并向群聚中心集中，逐步在互作用空間形成輪輻狀電子云。這種處于不同相位下的電子在互作用空間自動(dòng)群聚成輪輻狀電子云的現(xiàn)象，稱為自動(dòng)相位聚焦。在互作用空間的微波場(chǎng)，隨著遠(yuǎn)離陽(yáng)極表面而指數(shù)衰減。因此,在陰極表面的微波場(chǎng)極弱,對(duì)電子的群聚作用極小，在陰極附近不會(huì)形成明顯的電子輪輻，而是形成幾,蚪■唱■聊￡乎均勻分布的電子輪轂。磁控管,蚪■唱■聊￡乎均勻分布的電子輪轂。磁控管在互作用空間的電子中有利電子占絕大多數(shù)，而且均在向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,有利電子回旋的時(shí)間又較長(zhǎng),它們能夠充分地將直流位能輪換成微波能量；回轟陰極的電子比較少，而且它們從陰極發(fā)射后不久就打在陰極上，因而從微波場(chǎng)吸收能量也較少。這樣，互作用空間全部電子與微波場(chǎng)相互作用的總的效果是，電子將直流位能交給微波場(chǎng)，在磁控管中建立起穩(wěn)定的微波振蕩。磁控管-陽(yáng)極諧振系統(tǒng)陽(yáng)極諧振系統(tǒng)由沿著圓周排列的一組閉合諧振腔構(gòu)成。磁控管作為振蕩器需有一定的儲(chǔ)能，以維持微波振蕩，因而要求陽(yáng)極諧振系統(tǒng)有較高的品質(zhì)因數(shù)。同時(shí)，在磁控管中，振蕩的能量又需要通過(guò)輸出裝置輸出才能使用。因此，陽(yáng)極諧振系統(tǒng)上的能量耦合元件的設(shè)計(jì)十分重要。它既要耦合出一定能量保證使用，又要使陽(yáng)極諧振系統(tǒng)具有較高的品質(zhì)因數(shù)，保持足夠高的儲(chǔ)能，維持磁控管穩(wěn)定工作。磁控管工作于n模。為保證n模工作穩(wěn)定，鄰模與n模之間應(yīng)有良好的模式分割，因此，常常采用帶有隔膜帶的或旭日異腔型的陽(yáng)極諧振系統(tǒng)。圖3為常用的磁控管陽(yáng)極諧振系統(tǒng)的^1Bi結(jié)構(gòu)。a算龍^1Bi結(jié)構(gòu)。a算龍*巾淚§常幕氏扯題磁控管磁控管-分類和應(yīng)用微波磁控管微波磁控管磁控管接工作狀態(tài)可分為脈沖磁控管和連續(xù)波磁控管；按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為普通磁控管、同軸磁控管和反同軸磁控管；按頻率可調(diào)與否，可分為固定頻率磁控管和頻率可調(diào)磁控管。頻率

可調(diào)磁控管又可分為機(jī)械調(diào)諧磁控管和頻率捷變磁控管。另外還有一類借助改變陽(yáng)極電壓實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)諧的電壓調(diào)諧磁控管。脈沖磁控管的工作脈沖寬度可在0.004?60微秒范圍內(nèi)變化，工作頻率范圍在250兆赫至120吉赫之間，脈沖功率從幾十瓦到幾十兆瓦，效率可達(dá)70％，壽命可達(dá)幾萬(wàn)小時(shí)。脈沖磁控管廣泛用于引導(dǎo)、火控、測(cè)高、機(jī)載、艦載、氣象等各種雷達(dá)中。連續(xù)波磁控管用于電子對(duì)抗、工業(yè)加熱和微波理療。功率在400?1000瓦之間的廉價(jià)的連續(xù)波磁控管還廣泛用于家用微波灶。為了不干擾雷達(dá)和通信設(shè)備的正常工作，醫(yī)用、工業(yè)加熱和烹調(diào)用磁控管的工作頻率通常為915±25兆赫及2450±50兆赫。頻率可調(diào)磁控管，特別是頻率捷變磁控管能提高雷達(dá)的抗干擾能力。電壓調(diào)諧磁控管通常作為電子對(duì)抗設(shè)備的功率源，可提供幾瓦到幾百瓦的連續(xù)波功率。它具有調(diào)諧速度快、調(diào)諧線性好等優(yōu)點(diǎn)。小功率電壓調(diào)諧磁控管調(diào)諧范圍可達(dá)2:1，4:1，甚至20:1，能大大提高各種雷達(dá)的電子對(duì)抗能力。它的主要缺點(diǎn)是輸出功率不夠大，不能用于雷達(dá)的電子反對(duì)抗措施。磁控管-同軸磁控管同軸磁控管是在普通磁控管翼片腔體（稱為內(nèi)腔）外面加一只具有高品質(zhì)因數(shù)的同軸腔（稱制髓艸軽|陽(yáng)因叩片胡+t電誰(shuí)制髓艸軽|陽(yáng)因叩片胡+t電誰(shuí)鬧r為外腔）而構(gòu)成，靠?jī)?nèi)腔背壁上的相間耦合隙縫將內(nèi)外腔的場(chǎng)耦合起來(lái)（圖4）。磁控管同軸磁控管具