微波工程 - 磁控管
与迄今为止讨论过的管子不同，磁控管是电场和磁场交叉的交叉场管，即相互垂直。在 TWT 中，观察到当电子与 RF 相互作用的时间比在速调管中更长时，效率更高。磁控管也采用同样的技术。
磁控管的类型
磁控管主要有三种类型。
负阻型
- 使用两个阳极段之间的负阻。
- 效率低。
- 用于低频(<500 MHz)。
回旋频率磁控管
考虑了电气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
电子和旋转谐振器之间的相互作用EM 场被考虑在内。
提供高峰值功率振荡。
在雷达应用中很有用。
腔磁控管
磁控管之所以被称为腔磁控管，是因为阳极被制成谐振腔，并且使用永磁体产生强磁场，两者的作用使设备工作。
腔磁控管的构造
中心有一个厚圆柱形阴极，轴向固定一个圆柱形铜块，用作阳极。该阳极块由多个槽组成，用作谐振阳极腔。
阳极和阴极之间的空间称为相互作用空间。在腔体磁控管中，电场呈径向分布，而磁场呈轴向分布。该磁场由永磁体产生，永磁体的放置位置使得磁力线与阴极平行，并垂直于阳极和阴极之间的电场。
下图显示了腔体磁控管的结构细节和轴向存在的磁通线。
该腔体磁控管有 8 个紧密耦合的腔体。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。该腔谐振器环周围的总相移应为 $2n\pi$，其中 $n$ 为整数。
如果 $\phi_v$ 表示相邻腔体间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 $N$ 为偶数，则可以存在 $\frac{N}{2}$ 谐振模式。
如果，
$$n = \frac{N}{2} \quad 则 \quad \phi_v = \pi$$
这种谐振模式称为 $\pi-mode$。
$$n = 0 \quad 则 \quad \phi_v = 0$$
这被称为零模式，因为阳极和阴极之间没有射频电场。这也被称为边缘场，这种模式不用于磁控管。
腔磁控管的运行
腔速调管运行时，我们需要考虑不同的情况。让我们详细了解一下。
案例 1
如果没有磁场，即 B = 0，则可以在下图中观察到电子的行为。考虑一个例子，其中电子 a 在径向电力作用下直接进入阳极。
案例 2
如果磁场增加，横向力就会作用在电子上。下图中可以看到，电子 b 走的是一条弯曲的路径，而两个力都作用在它上面。
该路径的半径计算如下
$$R = \frac{mv}{eB}$$
它与电子的速度成比例变化，与磁场强度成反比。
案例 3
如果磁场 B 进一步增加，电子将遵循一条路径，例如电子 c，刚好擦过阳极表面，使阳极电流为零。这被称为"临界磁场"$(B_c)$，即截止磁场。请参阅下图以更好地理解。
案例 4
如果磁场大于临界场，
$$B > B_c$$
然后电子沿着电子 d 的路径移动，电子跳回阴极，而不是前往阳极。这会导致阴极"回热"。请参阅下图。
这是通过在振荡开始后切断电源来实现的。如果这种情况持续下去，阴极的发射效率会受到影响。
具有主动射频场的腔磁控管的运行
到目前为止，我们已经讨论了腔磁控管的运行，其中磁控管的腔中没有射频场(静态情况)。现在让我们讨论当我们有主动射频场时它的运行。
与 TWT 一样，让我们假设由于某些噪声瞬变而存在初始射频振荡。振荡由设备的操作维持。在这个过程中发射出了三种电子，在三种不同情况下，它们的行为被理解为电子a、b和c。
情况 1
当存在振荡时，电子a会减慢传递能量以振荡的速度。将能量传递给振荡的电子被称为有利电子。这些电子负责聚束效应。
情况 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。当这样做时，
- 它弯曲得更厉害。
- 它在相互作用空间中花费的时间很少。
- 它返回阴极。
这些电子被称为不利电子。它们不参与聚束效应。此外，这些电子是有害的，因为它们会引起"回热"。
情况 3
在这种情况下，稍后发射的电子 c 移动得更快。它试图赶上电子 a。下一个发射的电子 d 试图与 a 同步。结果，受青睐的电子 a、c 和 d 形成电子束或电子云。这被称为"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 显示了不同情况下的电子运动，而图 B 显示了形成的电子云。这些电子云是在设备运行时出现的。这些阳极段内表面上的电荷跟随腔内的振荡。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，磁通线与阴极平行形成，在两者的综合作用下，电子束形成四个辐条，以规则的间隔指向最近的正阳极段，呈螺旋轨迹。
