微波工程 - 腔式速调管

为了产生和放大微波，需要一些称为微波管的特殊管子。其中，速调管是其中重要的一种。

速调管的基本元件是电子束和腔式谐振器。电子束由源产生，腔式速调管用于放大信号。末端有一个收集器来收集电子。整个设置如下图所示。

阴极发射的电子被加速到第一个谐振器。末端的收集器与谐振器的电位相同。因此，电子通常在腔体谐振器之间的间隙中具有恒定的速度。

最初，第一个腔体谐振器被供给一个微弱的高频信号，该信号必须被放大。该信号将在腔内启动电磁场。该信号通过同轴电缆传输，如下图所示。

由于该场，通过腔体谐振器的电子受到调制。到达第二个谐振器时，电子被另一个相同频率的 EMF 感应。该场足够强，可以从第二个腔体中提取大信号。

腔体谐振器

首先，让我们尝试了解腔体谐振器的结构细节和工作原理。下图显示了腔体谐振器。

可以将由电容器和电感环组成的简单谐振电路与此腔体谐振器进行比较。导体具有自由电子。如果将电荷施加到电容器以使其充电到此极性的电压，则许多电子将从上板移除并引入下板。

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。如果电容器以反极性充电，则场的方向也会反转。管内电子的位移构成交流电。该交流电产生交变磁场，该磁场与电容器的电场不同相。

当磁场达到最大强度时，电场为零，一段时间后，电场变为最大，而磁场为零。这种强度交换持续一个周期。

电容器的值和环路的电感越小，振荡或谐振频率就越高。由于环路的电感非常小，因此可以获得高频。

为了产生更高频率的信号，可以通过并联放置更多电感环路来进一步降低电感，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内部。腔体的第一个谐振器由要放大的外部信号激发。该信号必须具有腔体可以谐振的频率。该同轴电缆中的电流建立了一个磁场，电场由此产生。

为了理解进入第一个腔体的电子束的调制，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，从电子枪出来的电子的速度得到控制。

由于电子带负电，如果它们沿与电场方向相反的方向移动，它们就会加速。此外，如果电子沿与电场相同的方向移动，它们就会减速。这个电场不断变化，因此电子会根据场的变化而加速或减速。下图显示了场在相反方向时的电子流。

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

这些束进入第二个谐振器，其频率与第一个谐振器振荡的频率相对应。由于所有腔体谐振器都是相同的，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。第二个腔体中的电子动能几乎等于第一个腔体中的电子动能，因此不会从腔体中夺取任何能量。

电子在穿过第二个腔体时，其中一些被加速，而电子束被减速。因此，所有动能都转换为电磁能以产生输出信号。

这种双腔速调管的放大率较低，因此使用多腔速调管。

下图描绘了多腔速调管放大器的一个例子。

在第一个腔中施加信号后，我们在第二个腔中得到弱束。这些将在第三个腔中建立一个场，从而产生更集中的束，依此类推。因此，放大率更大。