擴展互作用速調管

擴展作用速調管習慣稱為EIO（Extended Interaction Oscillator）和EIA（Extended Interaction Amplifier）,前者是指擴展互作用振盪器，後者則是指擴展互作用放大器。

基本介紹

• 中文名：擴展作用速調管
• 別名：EIO、EIA
• 類型：一種速調管
• 特點：高頻率、高效率且穩定性好

結構及工作原理

速調管由於使用了諧振腔作為高頻結構，決定了其工作頻寬較窄；而行波管中使用的慢波線高頻結構卻具有較寬的工作頻帶。因此，如果採用慢波電路來構成諧振系統，就有可能既具有諧振腔的優點，又具有慢波結構的優點，也就是既有高增益和高效率，又有足夠的頻寬。根據這一思路，人們將一段慢波結構，一般是耦合腔鏈、梯形線、梳齒形線等慢波線，在兩端適當位置短路，從而構成速調管諧振系統。這就相當於在速調管中每個諧振腔又由若干相互耦合的小腔構成，電子注不再只是與一個高頻隙縫內的高頻場相互作用，而是與多個隙縫上的場發生作用，這正是擴展（或分布）互作用這一名稱的由來。

圖1-1 分布互作用速調管輸出腔結構示意圖

計算表明，速調管的單間隙的諧振腔的特性阻抗R_s/Q僅為100Ω~50Ω，而由3個~5個間隙組成的分布互作用速調管的諧振腔的R_s/Q值可達400Ω左右。而速調管理論說明，速調管的效率、頻寬等都與R_s/Q直接相關。R_s/Q的提高，可以使速調管的效率得到提高，頻寬得到拓寬。另外，在分布作用輸出腔中，高頻場均勻分布在一個較大的腔體裡，對承受高功率也是有利的。圖1-1給出的是一個分布互作用輸出腔的結構示意圖。

典型特點

EIO、EIA是一種高頻率、高效率、結構簡單、重量小、穩定性好、頻譜較純的微波器件，尤其在毫米波波段具有突出的優越性，被廣泛套用於低空導航和目標搜尋雷達、其他各種毫米波雷達、電漿診斷等領域。

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%（P_p>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和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。