速調管

速調管是利用周期性調製電子注速度來實現振盪或放大的一種微波電子管。它首先在輸入腔中對電子注進行速度調製,經漂移後轉變為密度調製,然後群聚的電子塊與輸出腔隙縫的微波場交換能量，電子將動能交給微波場,，完成振盪或放大。

基本介紹

• 中文名：速調管
• 基礎：周期性地調製電子注的速度
• 功能：實現放大或振盪功能
• 原理：能量轉換
• 類型：直射速調管和反射速調管

簡介

在速調管中，輸入腔隙縫的信號電場對電子進行速度調製，經過漂移後在電子注內形成密度調製；密度調製的電子注與輸出腔隙縫的微波場進行能量變換，電子把動能交給微波場，完成放大或振盪的功能。

發展

1937年，美國物理學家瓦里安，R.H.和S.F.瓦里安制出雙腔速調管振盪器。反射速調管則是1940年由蘇聯工程師捷瓦科、丹尼爾捷維、布斯庫諾維和柯瓦連科分別研製成功的。

分類

按照電子行進的軌跡，速調管分為直射速調管和反射速調管兩類，通常將直射速調管簡稱為速調管。

直射速調管

直射速調管在結構上包括以下幾部分：電子槍、諧振腔、調揩系統、各腔之間的漂移管、能量耦合器、收集極和聚焦系統。具有兩個諧振腔的速調管稱為雙腔速調管；具有兩個以上諧振腔者稱為多腔速調管。

雙腔速調管

雙腔速調管僅有兩個諧振腔，即輸入腔和輸出腔。由電子槍產生的電子注首先到達輸入腔隙縫。輸入的微波信號經能量耦合器送進輸入腔，在諧振腔隙縫外形成微波信號電壓。在這裡，電子注受到微波場的速度調製，然後進入無場漂移管。在漂移過程中電子發生群聚，在電子注內形成密度調製。密度調製的電子注與輸出腔隙縫的微波場進行能量交換，電子把能量交給微波場，完成放大或振盪的功能。

微波功率經能量耦合器送至負載。

雙腔速調管增益僅為10分貝左右。為了提高增益，可以在輸入腔與輸出腔之間設定一個或多箇中間腔，構成級聯放大器。這種速調管稱為多腔速調管）。引入中間腔還可以提高效率；若使各腔頻率略有差異，還可展寬頻帶。多腔速調管的特點是增益高、效率高、穩定性好、輸出功率大，缺點是頻帶窄。多腔速調管的穩定增益可達80分貝，效率最高可達75%，脈衝功率可達60兆瓦，連續波功率可達1兆瓦。頻帶一般僅有1%～2%，個別大功率脈衝速調管可達10%～12%。

電子群聚 電子從陰極發射出現以後受到高電壓的加速，到達輸入腔隙疑時所有電子的速度是一致的。待放大的微波信號進入輸入腔，在隙縫上建立起微波信號電壓。隙縫上的電壓隨時間呈正弦變化。在不同時刻到達隙縫的電子，受到不同的瞬時電壓的作用。

電子槍 速調管常用的電子槍有陰控槍、陽控槍、柵控槍、無截獲柵控電子槍和磁控注入式空心注電子槍（見行波管、強流電子光學）。

諧振腔 常用的諧振腔有兩種：雙重入式圓柱形諧振腔和雙重入式角柱形諧振腔。圓柱腔用於固定頻率或調諧範圍小的速調管，利用電容片調諧。諧振腔可以裝在管外（外腔式速調管）或管內（內腔式速調管）。工作波長較長和頻帶較寬的速調管可做成外腔式。

速調管

輸入腔或輸出腔通過能量耦合器與管外微波系統相接。簡單輸出腔的頻帶很窄，為展寬輸出電路的頻帶可採用濾波器型輸出電路和分布互作用電路（分布互作用速調管）或慢波電路輸出段（行波速調管）。

聚焦系統 速調管常用聚焦方法有均勻永磁聚焦、周期永磁聚焦、均勻電磁聚焦和靜電聚焦。

收集極 電子打在收集極上時，剩餘動能轉化為熱能。為導走熱量，大、中功率速調管收集極需要採用液冷、風冷或蒸發冷卻。

直射速調管的套用 連續波放大速調管套用於對流層散射通信、微波接力通信、衛星通信地面站、電視發射機、機載與地面雷達、微波工業加熱及將能量變成微波形式進行傳輸。現代連續波放大速調管工作頻率分布在220兆赫至36吉赫範圍內，輸出功率從幾百瓦至1兆瓦。

速調管

脈衝放大速調管套用於雷達、帶電粒子加速器。現代脈衝放大速調管工作頻率分布在 220兆赫至18吉赫範圍內，脈衝功率從1千瓦至60兆瓦。

在直射速調管中，將一部分輸出功率反饋至輸入腔可構成振盪器，用於參量放大器、導航台等。雙腔速調管可用於倍頻。

反射速調管

用來產生微波振盪的單腔速調管。它的特點是結構簡單，工作可靠，體積小，重量輕，電壓低，可機械調諧和電子調諧，參數隨環境溫度變化小，抗輻射能力強。反射速調管輸出功率為10毫瓦至2.5瓦，工作頻率在800兆赫至220吉赫之間，機械調諧範圍為1%～15%（毫米波管達40%），電子調諧範圍為0.1%～1.0%。效率為20%～30%。反射速調管在結構上包括陰極、諧振腔、反射極和能量耦合器等部分。

速調管

電子從陰極發射出來，受到加速後穿過諧振腔隙縫。在隙縫外受到微波電場的速度調製，然後進入諧振腔與反射極之間的減速場（反射極電位負於陰極）。在減速場作用下，所有電子都將被反射回來。受到速度調製的電子注，在減速場內返轉運動過程中形成密度調製。當電子注再次穿過隙縫時，群聚的電子把能量交給腔體微波場以維持振盪。振盪功率經能量耦合器送至負載。電子被腔壁或其他金屬零件收集。

反射速調管廣泛用於小功率信號源、振盪器和各種微波設備，但因半導體器件的競爭，產量有降低的趨勢。儘管如此，在80年代初它仍是微波電子管中生產數量最大的一種管型。

判斷方法

一、離子泵電流過大

發射機在開機後，未上高壓前，觀看離子泵電流表的數值。因為這時只有離子泵電壓和燈絲電壓，可排除其它因素造成讀數不準。如果離子泵電流指示大而且不回落，此時管子應該更換。但有的上機新管子離子泵電流大於20uA的，這時陰極處有磁鐵，將磁鐵去掉。如果繼續增長（約10gA左右），可判斷管子壞了。管子由於老化漏氣，造成管內充滿氣體，破壞了管子正常工作的條件。

高壓線很髒也會使離子泵電流表頭大於10g^。如果擦乾淨後還是很大，也說明管子漏氣了。

二、體電流過大

一般速調管的體電流小於50mA，當管子漏氣或散焦，體電流到100mA左右，正常情況下保護電路會動作。造成體電流過大，大致有以下幾種原因：

（1）聚焦電流故障，造成電子束散焦；（2）激勵過大，使速調管工作在飽和狀態；（3）電流過大電子束變粗；（4）運輸不當或安裝位置不處於水平，速調管有些變形或不直；（5）勵磁線圈不同心；（6）收集極或與其相連的器件觸地，也會造成體電流過大。從上可看出，體電流過大不一定是管子壞了，應首先檢查勵磁電源、聚焦等外圍電路，減小激勵。收集極對地電阻應為5Q—7Q，零或太大都不合適，有時只要換上合適的電阻，故障即可排除，用不著換管子。 體電流大於100mA，管子的增益很低。如果保護電路有故障而失去保護作用，散焦的電子轟擊管壁某處，使之溫度升高，管子有灼燒的痕跡。

三、注電流小

在正常的控制電壓下注電流相對較小。剛開機時還大一些，隨後越來越小。分析有兩種情況：（1）燈絲電壓過低，注電流就小。因電子被強行從陰極拉出，很容易將陰極拉壞，管子的注電流就下降；（2）管子使用壽命已超過廠家的標稱值（使用維護得當，壽命可達幾萬小時），陰極發射能力下降，增益低不能滿足播出要求。

四、一腔增益低

影機頻響曲線中間凹陷，怎么也調整不好，增益降低。圖像輪廓模糊，色彩不鮮。聲機情況類似，也調不出理想頻響曲線。在管子使用壽命到期後，性能會正常衰退，有時表現為一腔增益下降。但燈絲電壓長期過高，陰極材料蒸發過猛，會使一腔陶瓷的絕緣層變成導電氧化物，污染了陶瓷壁，導致一腔Q值下降。後一種情況是可以避免的。剛使用的速調管燈絲電壓為5V，工作600小時後，降低到4。盯再長期使用。因為海綿陰極鋇激活以後，可以給出較高的放射能力。這時雖然燈絲電壓降低了，但放射電流並不降低，還可以延長速調管的使用壽命。

五、三腔諧振頻率調進帶內過多

要求三腔的諧振頻率必須保持在通帶高端，如果調進帶內超出要求，速調管就會出現自激打火，開裂漏氣。

六、四腔耦合過輕

四腔耦合不能小於50度。如果耦合太輕，反電勢會較強，將造成電子的二次回轟，四腔打火。打火時間長了，陶瓷易開裂漏氣，將管子打壞。

七、高整分壓電阻斷裂

高整分壓電阻斷裂，調製陽極電位變成低電位，注電流猛增，腔體過熱。如果保護電路不靈，使管子打火過熱，將其打壞。

八、安放不平

有的台站曾發生過由於管體小車的四個輪子安放不平，不在同一水平線上，長期變形使用，造成管子裂縫。

九、冷卻不到位

速調管效率較低，在工作中需要散發大量熱量。冷卻水流、風量大小都應達到設備要求。如果冷卻系統出現故障，水溫太高，風量不足，電子槍的金屬與陶瓷封接處表面溫差超過限度，也會造成管子炸裂。

以上僅上判斷速調管壽命終了的幾個方面，還有一些沒有總結到。但有兩點一定注意：一是保護電路小盒要定期檢測，保證保護電路正常工作，這樣有許多故障可避免發生，不致使管子損壞；二是要正確使用，合理維護，才能大大延長速調管的使用壽命。