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    速调管,靠周期性地调制电子注的速度来实现放大或振荡功能的微波电子管。基础是周期性地调制电子注的速度。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 速调管
    分类: 直射速调管,双腔速调管等 功能: 实现放大或振荡功能
    原理: 能量转换 基础: 周期性地调制电子注的速度

    目录

    简介/速调管 编辑

    速调管速调管
    在速调管中,输入腔隙缝的信号电场对电子进行速度调制,经过漂移后在电子注内形成密度调制;密度调制的电子注与输出腔隙缝的微波场进行能量变换,电子把动能交给微波场,完成放大或振荡的功能。

    发展/速调管 编辑

    1937年,美国物理学家R.H.瓦里安和S.F.瓦里安制出双腔速调管振荡器。

    反射速调管则是1940年由苏联工程师 Н.Д.捷瓦科维、Е.Н.丹尼尔捷维、И.В.布斯库诺维和В.Ф.柯瓦连科分别研制成功的。

    分类/速调管 编辑

    速调管速调管
    按照电子行进的轨迹,速调管分为直射速调管和反射速调管两类,通常将直射速调管简称为速调管。

    直射速调管

    直射速调管在结构上包括以下几部分:电子枪、谐振腔、调揩系统、各腔之间的漂移管、能量耦合器、收集极和聚焦系统。具有两个谐振腔的速调管称为双腔速调管;具有两个以上谐振腔者称为多腔速调管。

    双腔速调管

    仅有两个谐振腔,即输入腔和输出腔。由电子枪产生的电子注首先到达输入腔隙缝。输入的微波信号经能量耦合器送进输入腔,在谐振腔隙缝外形成微波信号电压。在这里,电子注受到微波场的速度调制,然后进入无场漂移管。在漂移过程中电子发生群聚,在电子注内形成密度调制。密度调制的电子注与输出腔隙缝的微波场进行能量交换,电子把能量交给微波场,完成放大或振荡的功能。微波功率经能量耦合器送至负载。

    双腔速调管增益仅为10分贝左右。为了提高增益,可以在输入腔与输出腔之间设置一个或多个中间腔,构成级联放大器。这种速调管称为多腔速调管。引入中间腔还可以提高效率;若使各腔频率略有差异,还可展宽频带。多腔速调管的特点是增益高、效率高、稳定性好、输出功率大,缺点是频带窄。多腔速调管的稳定增益可达80分贝,效率最高可达75%,脉冲功率可达60兆瓦,连续波功率可达1兆瓦。频带一般仅有1%~2%,个别大功率脉冲速调管可达10%~12%。

    电子群聚 电子从阴极发射出现以后受到高电压的加速,到达输入腔隙疑时所有电子的速度是一致的。待放大的微波信号进入输入腔,在隙缝上建立起微波信号电压。隙缝上的电压随时间呈正弦变化。在不同时刻到达隙缝的电子,受到不同的瞬时电压的作用。

    t=tC时,隙缝电压Us等于零,在这一时刻穿越隙缝的电子既未受到加速也未受于减速,仍以原来速度继续向前运动。

    t=ta时,隙缝电压Us为负向最大值(电压方向以电子受到减速力时为负,受加速力时为正)。在这个时刻穿过隙缝的电子受到减速。穿过隙缝后,这些电子以低于原来的速度向前运动并逐渐落后。经过一定距离墹L,这些电子与较晚时刻(tC)穿过隙缝的电子聚集在一起。

    t=tC时,隙缝电压Us为正向最大值。在这个时刻穿过隙缝的电子受到加速。穿过隙缝后,这些电子以高于原来的速度向前运动。经过一定距离墹L,这些电子追上在tC时刻从隙缝飞出的电子。

    tatC之间穿过隙缝的电子均被减速,在tCtC之间穿过隙缝的电子均受到加速。这样,注中电子在输入腔隙缝受到速度调制,并在无场漂移空间飞行一定距离墹L之后,快速电子追上慢速电子,在墹L处形成电子群。这就是电子群聚现象。于是,在第二腔处,电子的密度随时间呈周期性变化,即形成密度调制。这就使电子注电流中包含了一定的交流分量。电子群穿过输出腔隙缝时正值微波减速场。电子受到减速就会把动能交给输出腔的微波场,完成对输入信号的放大。

    电子枪 速调管常用的电子枪有阴控枪、阳控枪、栅控枪、无截获栅控电子枪和磁控注入式空心注电子枪(见行波管强流电子光学)。

    谐振腔 常用的谐振腔有两种:双重入式圆柱形谐振腔和双重入式角柱形谐振腔。圆柱腔用于固定频率或调谐范围小的速调管,利用电容片调谐。谐振腔可以装在管外(外腔式速调管)或管内(内腔式速调管)。工作波长较长和频带较宽的速调管可做成外腔式。

    速调管速调管

    输入腔或输出腔通过能量耦合器与管外微波系统相接。简单输出腔的频带很窄,为展宽输出电路的频带可采用滤波器型输出电路和分布互作用电路(分布互作用速调管)或慢波电路输出段(行波速调管)。

    聚焦系统 速调管常用聚焦方法有均匀永磁聚焦、周期永磁聚焦、均匀电磁聚焦和静电聚焦。

    收集极 电子打在收集极上时,剩余动能转化为热能。为导走热量,大、中功率速调管收集极需要采用液冷、风冷或蒸发冷却。

    直射速调管的应用 连续波放大速调管应用于对流层散射通信、微波接力通信、卫星通信地面站、电视发射机、机载与地面雷达、微波工业加热及将能量变成微波形式进行传输。现代连续波放大速调管工作频率分布在220兆赫至36吉赫范围内,输出功率从几百瓦至1兆瓦。

    脉冲放大速调管应用于雷达、带电粒子加速器。现代脉冲放大速调管工作频率分布在 220兆赫至18吉赫范围内,脉冲功率从1千瓦至60兆瓦。

    在直射速调管中,将一部分输出功率反馈至输入腔可构成振荡器,用于参量放大器、导航台等。双腔速调管可用于倍频。

    反射速调管

    速调管速调管
    用来产生微波振荡的单腔速调管。它的特点是结构简单,工作可靠,体积小,重量轻,电压低,可机械调谐和电子调谐,参数随环境温度变化小,抗辐射能力强。反射速调管输出功率为10毫瓦至2.5瓦,工作频率在800兆赫至220吉赫之间,机械调谐范围为1%~15%(毫米波管达40%),电子调谐范围为0.1%~1.0%。效率为20%~30%。反射速调管在结构上包括阴极、谐振腔、反射极和能量耦合器等部分。

    电子从阴极发射出来,受到加速后穿过谐振腔隙缝。在隙缝外受到微波电场的速度调制,然后进入谐振腔与反射极之间的减速场(反射极电位负于阴极)。在减速场作用下,所有电子都将被反射回来。受到速度调制的电子注,在减速场内返转运动过程中形成密度调制。当电子注再次穿过隙缝时,群聚的电子把能量交给腔体微波场以维持振荡。振荡功率经能量耦合器送至负载。电子被腔壁或其他金属零件收集。

    反射速调管广泛用于小功率信号源、振荡器和各种微波设备,但因半导体器件的竞争,产量有降低的趋势。尽管如此,在80年代初它仍是微波电子管中生产数量最大的一种管型。

    判断方法/速调管 编辑

    判断速调管寿命终了的方法及原因

    一、离子泵电流过大

    发射机在开机后,未上高压前,观看离子泵电流表的数值.因为这时只有离子泵电压和灯丝电压,可排除其它因素造成读数不准.如果离子泵电流指示大而且不回落,此时管子应该更换。但有的上机新管子离子泵电流大于20uA的,这时阴极处有磁铁,将磁铁去掉.如果继续增长(约10gA左右),可判断管子坏了。管子由于老化漏气,造成管内充满气体,破坏了管子正常工作的条件.

    高压线很脏也会使离子泵电流表头大于10g^.如果擦干净后还是很大,也说明管子漏气了.

    二、体电流过大

    一般速调管的体电流小于50mA,当管子漏气或散焦,体电流到100mA左右,正常情况下保护电路会动作.造成体电流过大,大致有以下几种原因:

    (1)聚焦电流故障,造成电子束散焦;(2)激励过大,使速调管工作在饱和状态;(3)电流过大电子束变粗;(4)运输不当或安装位置不处于水平,速调管有些变形或不直;(5)励磁线圈不同心;(6)收集极或与其相连的器件触地,也会造成体电流过大。从上可看出,体电流过大不一定是管子坏了,应首先检查励磁电源、聚焦等外围电路,减小激励.收集极对地电阻应为5Q—7Q,零或太大都不合适,有时只要换上合适的电阻,故障即可排除,用不着换管子. 体电流大于100mA,管子的增益很低.如果保护电路有故障而失去保护作用,散焦的电子轰击管壁某处,使之温度升高,管子有灼烧的痕迹.

    三、注电流小

    在正常的控制电压下注电流相对较小。刚开机时还大一些,随后越来越小.分析有两种情况:(1)灯丝电压过低,注电流就小.因电子被强行从阴极拉出,很容易将阴极拉坏,管子的注电流就下降;(2)管子使用寿命已超过厂家的标称值(使用维护得当,寿命可达几万小时),阴极发射能力下降,增益低不能满足播出要求。

    四、一腔增益低

    影机频响曲线中间凹陷,怎么也调整不好,增益降低.图像轮廓模糊,色彩不鲜.声机情况类似,也调不出理想频响曲线.在管子使用寿命到期后,性能会正常衰退,有时表现为一腔增益下降。但灯丝电压长期过高,阴极材料蒸发过猛,会使一腔陶瓷的绝缘层变成导电氧化物,污染了陶瓷壁,导致一腔Q值下降.后一种情况是可以避免的.刚使用的速调管灯丝电压为5V,工作600小时后,降低到4。盯再长期使用.因为海绵阴极钡激活以后,可以给出较高的放射能力.这时虽然灯丝电压降低了,但放射电流并不降低,还可以延长速调管的使用寿命.

    五、三腔谐振频率调进带内过多

    要求三腔的谐振频率必须保持在通带高端,如果调进带内超出要求,速调管就会出现自激打火,开裂漏气.

    六、四腔耦合过轻

    四腔耦合不能小于50度。如果耦合太轻,反电势会较强,将造成电子的二次回轰,四腔打火.打火时间长了,陶瓷易开裂漏气,将管子打坏.

    七、高整分压电阻断裂

    高整分压电阻断裂,调制阳极电位变成低电位,注电流猛增,腔体过热.如果保护电路不灵,使管子打火过热,将其打坏.

    八、安放不平

    有的台站曾发生过由于管体小车的四个轮子安放不平,不在同一水平线上,长期变形使用,造成管子裂缝.

    九、冷却不到位

    速调管效率较低,在工作中需要散发大量热量.冷却水流、风量大小都应达到设备要求.如果冷却系统出现故障,水温太高,风量不足,电子枪的金属与陶瓷封接处表面温差超过限度,也会造成管子炸裂.

    以上仅上判断速调管寿命终了的几个方面,还有一些没有总结到.但有两点一定注意:一是保护电路小盒要定期检测,保证保护电路正常工作,这样有许多故障可避免发生,不致使管子损坏;二是要正确使用,合理维护,才能大大延长速调管的使用寿命.

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