多注速調管

多注速調管,是指在一個速調管內,同時存在多個電子注(一般為7個~30個),它們共用各個諧振腔,包括輸入、輸出腔,但每個注都有各自的漂移管。

基本介紹

  • 中文名:多注速調管
  • 類型:一種速調管
  • 特點:頻寬高、工作電壓低
  • 用途:主要用作微波功率放大器
工作原理,典型特點,主要套用領域,雷達,電視、廣播和通信,加速器,

工作原理

速調管中,為了獲得更大的功率,在不過高提高工作電壓,有利於實際套用的前提下,就必須提高工作電流,從而使電子槍流係數增大,隨著導流係數的增加,速調管的效率將迅速下降;另外,為了拓寬速調管的工作頻寬,要求電子注的阻抗低,即採用大電流、低電壓電子槍,其結果又增大了電子注導流係數,這顯然又與效率相矛盾。
這種功率和頻寬與效率衝突的困難,在多注速調管中得到了較好的克服。多注速調管,是指在一個速調管內,同時存在多個電子注(一般為7個~30個),它們共用各個諧振腔,包括輸入、輸出腔,但每個注都有各自的漂移管。為了有足夠高的整管效率,每個注的導流係數都較小,比單注速調管中電子注的導流係數還小,但由於電子注數量多,因此總的導流係數可以很高。這樣不但有利於頻寬的展寬,而且工作電壓也很低。

典型特點

圖1-1給出了一個諧振腔工作在基模式的多注速調管的結構示意圖。由於每個電子注導流係數低、電流小,所以易聚焦、群聚,而其輸出功率則由所有電子注交給高頻場的功率相加形成。這類結構的管子不僅工作電壓低,在不少情況下還能顯著增加管子的寬度。
圖1-1工作在諧振腔基模的多注調速管結構圖圖1-1工作在諧振腔基模的多注調速管結構圖
如果需要進一步提高多注速調管的功率,則可以利用高次模式工作的諧振腔,因為高次模式諧振腔尺寸大,允許提高工作電流,獲得高的脈衝和平均功率輸出。
對於峰值功率為百千瓦級、平均功率為千瓦至十千瓦級的厘米波段的速調管,選用多注速調管具有明顯優勢,其頻寬遠高於單注速調管;但由於多注速調管結構複雜、陰極負荷重,效率和壽命一般也不如單注管,因此,在功率達到兆瓦量級的高峰值功率速調管中,一般會選用單注管而不用多注管。

主要套用領域

雷達

速調管主要的套用領域是雷達,可以說,在雷達工作的所有頻段上都有速調管的參與。
為了滿足雷達為抗干擾而提出的寬頻帶的要求,速調管採用了各種拓寬頻寬的技術,比如參差調諧技術可使頻寬達到10%(Pp>10MW時),而分布互作用速調管,在兆瓦級功率電平上,更可以達到10%~12%的頻寬;而中、小功率多注速調管因其工作電壓低、體積小、重量輕和可靠性高,而在彈載、機載雷達中得到了廣泛套用;速調管因其高增益(50dB~60dB)的特點,也在航管、氣象、深空探測和微波遙感等民用雷達中得到廣泛套用。

電視、廣播和通信

電視、廣播和通信是速調管的另一個重要套用領域。電視、廣播用速調管工作頻率低,一般為P波段,輸出功率為10kW~30kW,為了減少體積和調諧方便,多選用外腔式調諧,調諧範圍寬;通信也是速調管廣泛套用的一個方面,衛星通信速調管工作波段為S、C和Ku波段,連續波功率為1kW~5kW;散射通信用速調管的工作頻率為1GHz~2GHz,輸出功率為1kW~10kW,若為4GHz~5GHz,則功率為0.1kW~2kW。

加速器

由於速調管的高峰值功率特性,使其在加速器上的套用具有絕對優勢。高能物理和基本粒子研究用加速器所用速調管有兩類:一類是電子直線加速器、電子同步輻射加速器和正、負電子多撞機用的速調管,工作在S波段和X波段,峰值功率要求幾十兆瓦至幾百兆瓦。正在建設中的歐洲超級正、負電子對撞機,要求用10GHz~16GHz、峰值功率大於100MW的超高功率速調管;另一類速調管用於自由電子雷射超導加速器、質子加速器和正負電子儲存環,工作頻率為100MHz~1300MHz,長脈衝或連續波工作,連續波功率的典型值為60kW~180kW,脈衝工作的速調管平均功率已達1MW。
民用加速器如醫用治療加速器、工業探傷加速器、海關貨櫃檢測和輻照用加速器,都要用速調管作為粒子加速的驅動源,功率從幾兆瓦至幾十兆瓦,工作頻率為2856MHz,或者2998MHz;在可控核聚變實驗研究中,速調管又可作為電漿低混雜波微波加熱的源,要求峰值功率幾百千瓦至幾兆瓦,脈寬幾百毫秒至幾十秒,工作頻率為1GHz~4GHz。
提高輸出功率、展寬頻寬和向更高頻率拓展,是速調管發展的主要方向。為了增加輸出功率,環狀電子注速調管、帶狀電子注速調管和多注速調管是可供選擇的發展途徑,這些新型器件都可以增大陰極發射面積而不增加陰極發射電流密度,以獲得高的功率輸出。
用於軍事電子裝備的速調管,展寬工作頻寬是其發展的主要目標,以適應抗干擾的要求。而在發展新一代超高能加速器和聚變電漿加熱源時,對速調管的峰值功率平均功率提出了更高的要求,在X波段要求峰值功率為100MW,S波段為150MW;而平均功率在P波段也要求達到1.2MW,S波段也應達到MW量級。

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