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，電子運動方向、徑向直流電場和軸向恒定磁場三者磁控管-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，沒有實用意義。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，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-特點磁控管的特點是功率大、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、陽極、能量耦合裝置、磁路和調(diào)諧裝置等五個部件構(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，相鄰兩個諧振腔腔口處微波電場相位正好相差180°，即微波電場方向正好相反（圖2）。雖然這種微波場為駐波場，但在7模的情況下，相當(dāng)于兩個相同的微波場在圓周上沿相反的方向運動，兩個場的相速值相等。從陰極發(fā)射出的電子在正交電磁場作用下作輪擺線運動。調(diào)節(jié)直流電壓和恒定磁場,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動的一個微波場的相速v（式中E是直流電壓在互作用空間產(chǎn)生的直流電場平均值,B為軸向恒定磁感應(yīng)強度），電子就可以與微波場作同步運動。在同步運動過程中，處在微波減速場中的那部分電子將自己的直流位能逐漸交給微波場，并向陽極靠攏，最后為陽極所收集。這部分電子向微波場轉(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。處在微波加速場的那部分電子從微波場獲得能量并向陰極運動最后打在陰極上。這部分電子稱為不利電子。不利電子在回轟陰極時打出大量的次級電子使互作用空間電子的數(shù)量因之增加。最大減速場區(qū)是電子的群聚中心。在它兩旁的電子都受到向這個群聚中心靠攏的力而向群聚中心運動。最大加速場區(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,分別向左右兩邊運動,轉(zhuǎn)化為有利電子。這樣，在振蕩建立過程中不利電子越來越少，有利電子越來越多，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群聚成輪輻狀電子云的現(xiàn)象，稱為自動相位聚焦。在互作用空間的微波場，隨著遠(yuǎn)離陽極表面而指數(shù)衰減。因此,在陰極表面的微波場極弱,對電子的群聚作用極小，在陰極附近不會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)，而且均在向陽極運動過程中,有利電子回旋的時間又較長,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，因而從微波場吸收能量也較少。這樣，互作用空間全部電子與微波場相互作用的總的效果是，電子將直流位能交給微波場，在磁控管中建立起穩(wěn)定的微波振蕩。磁控管-陽極諧振系統(tǒng)陽極諧振系統(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能，以維持微波振蕩，因而要求陽極諧振系統(tǒng)有較高的品質(zhì)因數(shù)。同時，在磁控管中，振蕩的能量又需要通過輸出裝置輸出才能使用。因此，陽極諧振系統(tǒng)上的能量耦合元件的設(shè)計十分重要。它既要耦合出一定能量保證使用，又要使陽極諧振系統(tǒng)具有較高的品質(zhì)因數(shù)，保持足夠高的儲能，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極諧振系統(tǒng)。圖3為常用的磁控管陽極諧振系統(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極電壓實現(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)幾萬小時。脈沖磁控管廣泛用于引導(dǎo)、火控、測高、機載、艦載、氣象等各種雷達(dá)中。連續(xù)波磁控管用于電子對抗、工業(yè)加熱和微波理療。功率在400?1000瓦之間的廉價的連續(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。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)的電子對抗能力。它的主要缺點是輸出功率不夠大，不能用于雷達(dá)的電子反對抗措施。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|陽因叩片胡+t電誰制髓艸軽|陽因叩片胡+t電誰鬧r為外腔）而構(gòu)成，靠內(nèi)腔背壁上的相間耦合隙縫將內(nèi)外腔的場耦合起來（圖4）。磁控管同軸磁控管具