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行波管是靠連續調製電子注的速度來實現放大功能的微波電子管。在行波管中,電子注同慢波電路中行進的微波場發生相互作用﹐在長達6~40個波長的慢波電路中電子注連續不斷地把動能交給微波信號場﹐從而使信號得到放大。

1簡介

【中文詞條】行波管
行波管
【外文詞條】travelling-wave tube
【英文縮略】TWT
【作 者】王直華

2發展歷史

1943年﹐物理學家康夫納.R.在英國制出世界上第一隻行波管﹐1947
行波管

  行波管

年美國物理學家J.皮爾斯發表對行波管的理論分析。現代行波管已成為雷達﹑電子對抗﹑中繼通信﹑衛星通信﹑電視直播衛星﹑導航﹑遙感﹑遙控﹑遙測等電子設備的重要微波電子器件。

3特點

行波管的特點是頻帶寬﹑增益高﹑動態範圍大和雜訊低。行波管頻帶寬度(頻帶高低兩端頻率之差/中心頻率)可達100%以上﹐增益在25~70分貝範圍內﹐低雜訊行波管的雜訊係數最低可達1~2分貝。

4原理

在行波管中﹐電子注與慢波電路中的微波場發生相互作用。微波場沿著慢波電路向前行進。為了使電子注同微波場產生有效的相互作用﹐電子的直流運動速度應比沿慢波電路行進的微波場的相位傳播速度(相速)略高﹐稱為同步條件。輸入的微波信號在慢波電路建立起微弱的電磁場。電子注進入慢波電路相互作用區域以後﹐首先受到微波場的速度調製。電子在繼續向前運動時逐漸形成密度調製。大部分電子群聚於減速場中﹐而且電子在減速場滯留時間比較長。因此﹐電子注動能有一部分轉化為微波場的能量﹐從而使微波信號得到放大。在同步條件下﹐電子注與行進的微波場的這種相互作用沿著整個慢波電路連續進行。這是行波管與速調管在原理上的根本區別。

5結構

行波管在結構上包括電子槍﹑慢波電路﹑集中衰減器﹑能量
行波管

  行波管

耦合器﹑聚焦系統和收集極等部分。
電子槍的作用是形成符合設計要求的電子注。
聚焦系統使電子注保持所需形狀﹐保證電子注順利穿過慢波電路並與微波場發生有效的相互作用﹐最後由收集極接收電子注。
待放大的微波信號經輸入能量耦合器進入慢波電路﹐並沿慢波電路行進。
電子與行進的微波場進行能量交換﹐使微波信號得到放大。放大后的微波信號經輸出能量耦合器送至負載。
聚焦系統
行波管中常用的聚焦方法是均勻永磁聚焦﹑倒向場聚焦﹑周期永磁聚焦和均勻電磁聚焦(見強流電子光學)。
集中衰減器
輸入﹑輸出能量耦合器與慢波電路之間和慢波電路各部分之間﹐都應有良好的阻抗匹配。若阻抗匹配不佳,會造成電磁波反射,反射波引起反饋﹐會導致行波管內出現寄生振蕩。為避免振蕩﹐需在慢波電路的一定位置上設置集中衰減器。集中衰減器由損耗塗層或損耗陶瓷片構成。在集中衰減器處﹐反射波被吸收﹐可達到消除反饋抑制振湯的目的。雖然在集中衰減器中工作模式的微波場同樣也受到衰減﹐但電子注內業已形成的密度調製將在下一段電路中重新建立起微波場。

收集極

電子注在完成同微波場的相互作用后從慢波電路射出﹐最後打在收集極上。為了提高行波管的總效率﹐可以採用降壓收集極。

6應用

脈衝行波管用於地面固定和移動式雷達﹑機載火控雷達﹑電子對抗設備等。脈衝功率在10千瓦至4兆瓦的行波管﹐頻帶寬度為8%~30%﹔脈衝功率為5千瓦者﹐頻帶寬度可達67%﹔脈衝功率為1千瓦者﹐頻帶寬度可達 100%以上。大功率連續波行波管多用於衛星通信地球站﹐在10吉赫下輸出功率可達14千瓦﹐38吉赫下達 1千瓦。多模行波管用於電子對抗系統﹐可在多種脈衝狀態和連續波狀態下工作。多模行波管的脈升比(脈衝功率/連續波功率)為3~12分貝。印製行波管和小型行波管體積小﹑重量輕﹑成本低﹐適合於用量大的場合﹐如相控陣雷達。空間行波管是空間應用的專用管型﹐特點是可靠性高﹑壽命長和效率高。通信衛星和電視直播衛星大多數採用行波管作發射管﹐壽命可達10年以上。
O型返波管 在行波管中﹐沿慢波電路傳輸的能量流的方向與電子運動方向相同﹐所以行波管是一種前向波放大管。在返波管中﹐沿慢波電路傳輸的能量流的方向與電子運\動方向相反。返波管有O型返波管和M型返波管兩大類。O型返波管又可按工作狀態分成振蕩管﹑放大管和變頻管三種﹐但僅有返波振蕩管獲得廣泛應用。因此﹐返波管通常指返波振湯管。O型返波振湯管的電子調諧範圍大﹐可達67%以上﹐其最高工作頻率可達1250吉赫﹐它是傳統微波管中能達到亞毫米波段的實用器件。O型返波振湯管用於信號源﹑小功率振湯器。
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