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第 4 章 正交场微波管 制 作：居 腾 讲 课：李晓帆 答 疑：李 松 2011.10.05 本章目录 4.1 引言 4.1.1 显著特点 4.1.2 发展简史 4.1.3 分类与应用 4.1.4 在不断创新中发展 4.2 磁控管 4.2.1 结构 4.2.2 工作原理 4.2.3 主要特性 4.2.4 工作特点 4.2.5 同轴磁控管 4.2.6 信标磁控管 4.1 引言 4.1.1 显著特点 前面提到的速调管、行波管是一类线性注微波管(或称“O”型器件)，其外形通常设计成直线形，所加磁场方向与电子运动方向是平行的，电子流将其动能转换成高频能量。本章介绍正交场微波管(或称“M”型器件)，其外形通常设计成圆形，所加直流电、磁场方向与电子流运动方向是相互 垂直的，电子流将位能转换成高频能量。典型情况下位能约为用于与波同步的动能的10倍，因此这类微波管的效率很高，最高可达80％以上。这类微波管有磁控管和正交场放大管等，是雷达发射机、电子对抗技术、线性加速器、微波加热等领域的主要微波功率源。 4.1.2 发展简史 20世纪20年代初，贺尔首先发明了磁控管。40年代初研制成功有实用价值的多腔磁控管，如图4.1所示。 第二次世界大战期间，由于雷达技术的需要，各国均集中了大量人力、物力从事磁控管的研究与生产，使磁控管技术得到了飞速的发展，相继研制成功各类脉冲磁控管。50年代，在磁控管上增加一个输出端，发展出新的种类——正交场放大管，如图4.2所示。60年代后磁控管又发展出同轴磁控管、捷变磁控管等扩展品种。 4.1.3 分类与应用 正交场微波管可以分为振荡管和放大管脚人类，振荡管中主要有磁控管和“M型返波管；放大管中主要行分布发射正交场放大管和注入式正交场放大管，其分类见表4.1所列。 正交场放大管具有相位稳定度高、宽频带、高效率、放大均匀等特点，同时其结构紧凑、体积小、重量轻、工作电压低、附加电源简单、费用低廉，这些良好的特性正吸引着雷达和其他系统的设计师。表4.2列出了在相同功率下正交场放大管与行波管(或速调管)主要性能的比较。 近10余年来，多注速调管得到了实际应用。多注技术大大降低了速调管的工作电压，使其工作电压和正交场放大管皋本相同。但多注速调管的结构复杂，制造成本更高，正交场放大管相比多注速调管仍具有综合性价比的优势。 可以这样说，直到目前为止，还未能找到存综合性能及成本、可靠性等方面能与之匹敌的微波固态器件。尽管它在增益、信噪比等方面还未能赶上线性注微波管，但在效率、工作电压以及每单位体积或重量所产生的微波功率方面，却是线性注管所不及的。带宽方面，正交场放大管不如行波管，但优于速调管。因此，至今正交场微波管仍然是雷达发射机、电子对抗技术、微波加热应用等领域中的主要微波功率源。 如今正交场微波管已被广泛应用到军事和民用各个领域，其中的特种脉冲磁控管和毫米波同轴磁控管，主要用于雷达、导航、制导和电子对抗技术等领域；普通磁控管主要用于工业加热、医疗、食品工业、家用微波炉等领域。而正交场放大管则用于全相参雷达放大链作为末级功率放大管，主要应用领域在地面、舰载、机载等场合的高性能雷达系统，如监视和警戒雷达、防空雷达、舰载雷达、地空导弹系统相控阵雷达等。 美国海军舰载“宙斯盾综合防空指捧系统中的AN／SPY—1四面体多功能相控阵雷达就是应用前向波放大管的最典型的雷达系统。雷达的每个天线阵面使用8只前向波放大管合成功率输出，这8只放大管又由1只前向波放大管推动，雷达合计使用36只相同的前向波放大管同时工作。