微波工程 - 磁控管
与目前讨论的管不同，磁控管是电场和磁场交叉的交叉场管，即彼此垂直。在行波管中，观察到电子与射频相互作用的时间比速调管中的电子更长，从而产生更高的效率。磁控管也采用同样的技术。
磁控管的类型
磁控管主要分为三种类型。
负阻型
- 使用两个阳极段之间的负电阻。
- 他们的效率很低。
- 它们用于低频（< 500 MHz）。
回旋频率磁控管
考虑电子元件和振荡电子之间的同步性。
适用于高于 100MHz 的频率。
行波型或腔型
考虑了电子和旋转电磁场之间的相互作用。
提供高峰值功率振荡。
在雷达应用中很有用。
腔体磁控管
磁控管之所以被称为腔体磁控管，是因为它的阳极做成谐振腔，并用永磁体产生强磁场，两者的作用使器件工作。
腔体磁控管的构造
中心有一个厚的圆柱形阴极，轴向固定一个圆柱形铜块，充当阳极。该阳极块由许多充当谐振阳极腔的槽组成。
阳极和阴极之间存在的空间称为相互作用空间。在空腔磁控管中，电场是径向存在的，而磁场是轴向存在的。该磁场由永磁体产生，永磁体的放置使得磁力线平行于阴极并垂直于阳极和阴极之间存在的电场。
下图显示了空腔磁控管的结构细节以及轴向存在的磁通线。
该腔体磁控管有 8 个彼此紧密耦合的腔体。N 腔磁控管有 $N$ 种操作模式。这些操作取决于振荡的频率和相位。该空腔谐振器环周围的总相移应为 $2n\pi$，其中 $n$ 是整数。
如果 $\phi_v$ 表示相邻空腔内交流电场的相对相位变化，则
$$\phi_v = \frac{2 \pi n}{N}$$
其中 $n = 0, \: \pm1,\: \pm2,\: \pm \: (\frac{N}{2} -1), \: \pm \frac{N}{2}$
这意味着如果 $N$ 是偶数，则可以存在 $\frac{N}{2}$ 共振模式。
如果，
$$n = \frac{N}{2} \quad 然后 \quad \phi_v = \pi$$
这种共振模式称为$\pi-mode$。
$$n = 0 \quad 然后 \quad \phi_v = 0$$
这被称为零模式，因为阳极和阴极之间不会有射频电场。这也称为边缘场，磁控管中不使用这种模式。
腔体磁控管的操作
当腔速调管运行时，我们有不同的情况需要考虑。让我们详细了解一下它们。
情况1
如果不存在磁场，即B = 0，则可以观察到电子的Behave，如下图所示。考虑一个例子，电子a在径向电力作用下直接到达阳极。
案例2
如果磁场增加，横向力就会作用在电子上。这可以在下图中观察到，考虑到电子b采取弯曲路径，同时两个力都作用在它上面。
该路径的半径计算如下
$$R = \frac{mv}{eB}$$
它与电子速度成正比，与磁场强度成反比。
案例3
如果磁场B进一步增加，电子会沿着诸如电子c 的路径，仅掠过阳极表面并使阳极电流为零。这称为“临界磁场”$(B_c)$，即截止磁场。请参考下图以更好地理解。
案例4
如果磁场大于临界磁场，
$$B > B_c$$
然后电子遵循电子d的路径，其中电子跳回到阴极，而不到达阳极。这导致阴极“回热”。参考下图。
这是通过振荡开始后切断电源来实现的。如果这种情况持续下去，阴极的发光效率就会受到影响。
腔体磁控管在有源射频场下的运行
到目前为止，我们已经讨论了磁控管腔中不存在射频场（静态情况）时腔磁控管的操作。现在让我们讨论一下当我们有一个活跃的射频场时它的操作。
与 TWT 一样，我们假设由于某些瞬态噪声而存在初始 RF 振荡。振荡由设备的操作来维持。在这个过程中发射了三种电子，在三种不同的情况下，它们的作用被理解为电子a、b和c。
情况1
当存在振荡时，电子a减慢传递能量以进行振荡。这种将能量转移到振荡的电子被称为有利电子。这些电子负责聚集效应。
案例2
在这种情况下，另一个电子（例如b）从振荡中获取能量并增加其速度。当这一切完成时，
- 它弯曲得更厉害。
- 它在交互空间中花费的时间很少。
- 它返回到阴极。
这些电子称为不利电子。它们不参与聚束效应。此外，这些电子也是有害的，因为它们会导致“回热”。
案例3
在这种情况下，稍后发射的电子c移动得更快。它试图追上电子a。下一个发射的电子d尝试与a同步。结果，受青睐的电子a、c和d形成电子束或电子云。这称为“相位聚焦效应”。
通过查看下图可以更好地理解整个过程。
图A显示了不SymPy况下的电子运动，图B显示了形成的电子云。这些电子云在设备运行时出现。这些阳极段内表面上存在的电荷跟随腔中的振荡。这会产生一个顺时针旋转的电场，在进行实际实验时可以实际看到。
当电场旋转时，磁通线平行于阴极形成，在其综合作用下，电子束形成有四个辐条，以规则的间隔定向到最近的正阳极段，呈螺旋轨迹。