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发布于:2019-11-11 21:49
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速调管

速调管

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本词条由科普中国科学百科词条编写与应用工作项目 审核

速调管是利用周期性调制电子注速度来实现振荡或放大的一种微波电子管。它首先在输入腔中对电子注进行速度调制,经漂移后转变为密度调制,然后群聚的电子块与输出腔隙缝的微波场交换能量,电子将动能交给微波场,,完成振荡或放大。 [1] 

简介

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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。 [2] 

发展

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1937年,美国物理学家瓦里安,R.H.S.F.瓦里安制出双腔速调管振荡器。反射速调管则是1940年由苏联工程师捷瓦科、丹尼尔捷维、布斯库诺维和柯瓦连科分别研制成功的。 [2] 

分类

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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

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。

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。圆柱腔用於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於对流层散射通信、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。

速调管速调管

脉冲放大速调管应用於雷达、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,用於参量放大器、导航台等。双腔速调管可用於倍频。

反射速调管

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

速调管速调管

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(反射极电位负於阴极)。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。

反射速调管广泛用於小功率信号源、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。 [2] 

判断方法

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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。 [3] 

 


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