微波工程 - 腔速调管

为了产生和放大微波，需要一些特殊的管子，称为微波管。其中，速调管是一个重要的。

速调管的基本元件是电子束和空腔谐振器。电子束从源产生，并且腔速调管用于放大信号。收集器位于末端以收集电子。整个设置如下图所示。

阴极发射的电子被加速朝向第一谐振器。末端的集电极与谐振器具有相同的电位。因此，通常电子在空腔谐振器之间的间隙中具有恒定的速度。

最初，向第一空腔谐振器提供微弱的高频信号，该信号必须被放大。该信号将在腔体内引发电磁场。该信号通过同轴电缆传输，如下图所示。

由于该场，穿过空腔谐振器的电子被调制。到达第二个谐振器后，电子会受到另一个相同频率的电动势的感应。该场足够强，可以从第二个腔中提取大信号。

空腔谐振器

首先让我们尝试了解空腔谐振器的结构细节和工作原理。下图表示空腔谐振器。

由电容器和电感环路组成的简单谐振电路可以与该空腔谐振器进行比较。导体有自由电子。如果对电容器施加电荷以使其充电至该极性的电压，则许多电子将从上极板移出并引入下极板。

具有更多电子沉积的板将成为阴极，而具有较少电子数量的板将成为阳极。下图显示了电容器上的电荷沉积。

电场线从正电荷指向负电荷。如果电容器以相反极性充电，则磁场方向也会反转。电子在管内的位移，构成交流电。该交变电流产生交变磁场，该磁场与电容器的电场异相。

当磁场强度最大时，电场为零，一段时间后，电场变为最大，而磁场为零。这种力量交换发生一个周期。

电容值和环路电感越小，振荡或谐振频率越高。由于环路的电感很小，因此可以获得较高的频率。

为了产生更高频率的信号，可以通过并联更多的电感环路来进一步减小电感，如下图所示。这导致形成具有非常高频率的封闭谐振器。

在封闭谐振器中，电场和磁场被限制在腔体的内部。腔体的第一谐振器被外部信号激励而被放大。该信号必须具有空腔可以谐振的频率。同轴电缆中的电流会产生磁场，从而产生电场。

为了了解进入第一个腔的电子束的调制，让我们考虑一下电场。谐振器上的电场不断改变其感应场的方向。根据这一点，从电子枪中射出的电子的速度受到控制。

由于电子带负电，如果与电场方向相反地移动，它们就会加速。此外，如果电子沿电场的相同方向移动，它们就会减速。该电场不断变化，因此电子根据电场的变化而加速和减速。下图表示电场方向相反时的电子流。

在移动时，这些电子以不同的速度进入谐振器之间称为漂移空间的无场空间，从而产生电子束。这些束是由于行进速度的变化而产生的。

这些束进入第二谐振器，其频率与第一谐振器振荡的频率相对应。由于所有空腔谐振器都是相同的，电子的运动使第二个谐振器振荡。下图显示了电子束的形成。

第二个谐振器中的感应磁场在同轴电缆中感应出一些电流，从而启动输出信号。第二个腔中电子的动能几乎等于第一个腔中的电子动能，因此没有从腔中获取能量。

电子在通过第二个腔时，很少有加速，而大量电子则减速。因此，所有动能都转换为电磁能以产生输出信号。

这种两腔速调管的放大倍数较低，因此使用多腔速调管。

下图描述了多腔速调管放大器的示例。

当信号施加在第一个腔体中时，我们在第二个腔体中得到微弱的束。这些将在第三个空腔中建立一个场，从而产生更集中的束等。因此，放大倍数较大。