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微波管

对于极高频应用(1 GHz 以上),标准电子管结构的电极间电容和传输时间延迟变得令人望而却步。然而,构建电子管的创造性方法似乎永无止境,并且已经进行了几种高频电子管设计来克服这些挑战。

1939 年发现由导电材料制成的环形腔称为腔谐振器 围绕振荡强度的电子束可以从电子束中提取能量,而不会实际拦截电子束本身。与光束相关的振荡电场和磁场在腔内“回响”,其方式类似于行驶中的汽车在路边峡谷中的回声,允许射频能量从光束传输到波导或同轴电缆通过耦合回路连接到谐振器。该管被称为感应输出管 , 或 物联网 :

两位在物联网初始开发中发挥重要作用的研究人员,一对名叫 Sigurd 和 Russell Varian 的兄弟,为电感输出管的信号输入添加了第二个腔体谐振器。该输入谐振器充当一对感应栅极,以交替地“聚集”和沿着管的漂移空间释放电子包,因此电子束将由以不同速度行进的电子组成。光束的这种“速度调制”在输出谐振器处转化为相同类型的幅度变化,在那里能量从光束中提取。瓦里安兄弟称他们的发明为速调管 .

瓦里安兄弟的另一项发明是反射速调管 管子。在这个管中,从加热的阴极发射的电子穿过腔体栅极朝向排斥板,然后被排斥并返回它们来的方式(因此得名反射 ) 通过空腔网格。该管会产生自持振荡,其频率可以通过调整排斥极电压来改变。因此,该管作为压控振荡器工作。

作为压控振荡器,反射速调管通常用作雷达设备和微波接收器的“本地振荡器”:

最初开发为低功率设备,其输出需要进一步放大以供无线电发射器使用,反射速调管设计经过改进,使管子本身可以用作功率设备。反射速调管在本地振荡器的应用中已被半导体器件取代,但放大速调管继续在高功率、高频无线电发射机和科学研究应用中使用。

一根微波管可以很好地完成它的任务,而且成本效益很高,以至于它继续在消费电子产品的竞争领域中占据主导地位:磁控管。该设备是每个微波炉的核心,产生数百瓦的微波射频能量用于加热食品和饮料,并且在管子最艰苦的条件下进行加热:随机打开和关闭电源,持续时间随机。

磁控管是一种与 IOT 和速调管完全不同的管的代表。后一种管使用线性电子束,而磁控管通过强磁场将其电子束引导成圆形:

腔谐振器再次用作微波频率“槽路”,以感应方式从通过的电子束中提取能量。与所有使用腔体谐振器的微波频率设备一样,至少一个谐振腔采用耦合环 :一圈导线将同轴电缆磁耦合到腔体的谐振结构,允许将射频功率从管中引导到负载。以微波炉为例,输出功率通过波导被引导到要加热的食物或饮料,其中的水分子充当微小的负载电阻,以热量的形式耗散电能。

图中未显示磁控管操作所需的磁铁。磁通量垂直于圆形电子路径的平面。换句话说,从图中所示的管子的角度来看,您正在直视其中一个磁极。


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