磁控管

磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件。实质上是一个置于恒定磁场中的二极管。管内电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下，与高频电磁场发生相互作用，把从恒定电场中获得能量转变成微波能量，从而达到产生微波能的目的。同时，磁控管是一种消耗品，容易老化和消磁。

磁控管由一密封真空管组成，管内有一柱形中心阴极(电子源)，置于一柱形阳极里，电子被静电场吸引流至阳极。沿真空管轴的一稳定磁场使电子偏离其径向路程，绕阴极旋转，产生微波频率的振荡。广泛用于雷达发生器。

发展

师Н.Ф.阿列克谢也夫和Д.Е.马辽逻夫于1936～1937年间制成的。1939年,英国物理学家H.A.H.布特和J.T.兰道尔制成了完全实用化的多腔磁控管。在第二次世界大战中，多腔磁控管广泛用于军用雷达发射机，发挥了很大的作用。到1945年,其工作频率已达30吉赫。一般所称的磁控管,即指多腔磁控管。

特点

磁控管的特点是功率大、效率高、工作电压低、尺寸小、重量轻、成本低。磁控管主要由阴极、阳极、能量耦合装置、磁路和调谐装置等五个部件构成（图1）。固定频率的磁控管中不设调谐装置。

工作原理

运动,转化为有利电子。这样，在振荡建立过程中不利电子越来越少，有利电子越来越多，并向群聚中心集中，逐步在互作用空间形成轮辐状电子云。这种处于不同相位下的电子在互作用空间自动群聚成轮辐状电子云的现象，称为自动相位聚焦。在互作用空间的微波场，随着远离阳极表面而指数衰减。因此,在阴极表面的微波场极弱,对电子的群聚作用极小，在阴极附近不会形成明显的电子轮辐，而是形成几乎均匀分布的电子轮毂。 磁控管在互作用空间的电子中有利电子占绝大多数，而且均在向阳极运动过程中,有利电子回旋的时间又较长,它们能够充分地将直流位能轮换成微波能量；回轰阴极的电子比较少，而且它们从阴极发射后不久就打在阴极上，因而从微波场吸收能量也较少。这样，互作用空间全部电子与微波场相互作用的总的效果是，电子将直流位能交给微波场，在磁控管中建立起稳定的微波振荡。

阳极谐振系统

以维持微波振荡，因而要求阳极谐振系统有较高的品质因数。同时，在磁控管中，振荡的能量又需要通过输出装置输出才能使用。因此，阳极谐振系统上的能量耦合元件的设计十分重要。它既要耦合出一定能量保证使用，又要使阳极谐振系统具有较高的品质因数，保持足够高的储能，维持磁控管稳定工作。 磁控管工作于 π模。为保证 π模工作稳定，邻模与π模之间应有良好的模式分割，因此，常常采用带有隔膜带的或旭日异腔型的阳极谐振系统。图3为常用的磁控管阳极谐振系统的结构。

分类和应用

轴磁控管；按频率可调与否，可分为固定频率磁控管和频率可调磁控管。频率可调磁控管又可分为机械调谐磁控管和频率捷变磁控管。另外还有一类借助改变阳极电压实现频率调谐的电压调谐磁控管。

脉冲磁控管的工作脉冲宽度可在 0.004～60微秒范围内变化，工作频率范围在250兆赫至120吉赫之间，脉冲功率从几十瓦到几十兆瓦，效率可达70%，寿命可达几万小时。脉冲磁控管广泛用于引导、火控、测高、机载、舰载、气象等各种雷达中。

连续波磁控管用于电子对抗、工业加热和微波理疗。功率在 400～1000瓦之间的廉价的连续波磁控管还广泛用于家用微波灶。为了不干扰雷达和通信设备的正常工作，医用、工业加热和烹调用磁控管的工作频率通常为915±25兆赫及2450±50兆赫。

频率可调磁控管，特别是频率捷变磁控管能提高雷达的抗干扰能力。

连续波磁控管

电压调谐磁控管通常作为电子对抗设备的功率源，可提供几瓦到几百瓦的连续波功率。它具有调谐速度快、调谐线性好等优点。小功率电压调谐磁控管调谐范围可达2:1，4:1，甚至20:1，能大大提高各种雷达的电子对抗能力。它的主要缺点是输出功率不够大，不能用于雷达的电子反对抗措施。

同轴磁控管

同轴磁控管是在普通磁控管翼片腔体（称为内腔）外面加一只具有高品质因数的同轴腔（称为外腔）而构成，靠内腔背壁上的相间耦合隙缝将内外腔的场耦合起来（图4）。

磁控管

结构

分。管子内部保持高真空状态。下面分别介绍各部分的结构及其作用。

阳极

阳极是磁控管的主要组成之一，它与阴极一起构成电子与高频电磁场相互作用的空间。在恒定磁场和恒定电场的作用下，电子在此空间内完成能量转换的任务。磁控管的阳极除与普通的极管的阳极一样收集电子外，还对高频电磁场的振荡频率起着决定性的作用。

阳极由导电良好的金属材料（如无氧铜）制成，并设有多个谐振腔，谐振腔的数目必须是偶数，管子的工作频率越高腔数越多。

阳极谐振腔的型式常为孔槽形、扇形和槽扇型，阳极上的每一个小谐振腔相当于一个并联的2C振荡回路。以槽扇型腔为例，可以认为腔的槽部分主要构成振荡回路的电容，而其扇形部分主要构成振荡回路的电感。

磁控管的阳极由许多谐振腔耦合在一起，形成一个复杂的谐振系统。这个系统的谐振腔频率主要决定于每个小谐振腔的谐振频率，我们也可以根据小谐振腔的大小来估计磁控管的工作频段。

磁控管的阳极谐振系统除能产生所需要的电磁振荡外，还能产生不同特性的多种电磁振荡。为使磁控管稳定的工作在所需的模式上，常用隔型带来隔离干扰模式.隔型带把阳极翼片一个间隔一个地连接起来,以增加工作模式与相邻干扰模式之间的频率间隔。

阴极及其引线

磁控管的阴极即电子的发射体,又是相互作用空间的一个组成部分。阴极的性能对管子的工作特性和寿命影响极大，被视为整个管子的心脏。

阴极的种类很多，性能各异。连续波磁控管中常用直热式阴极，它由钨丝或纯钨丝绕成螺旋形状，通电流加热到规定温度后就具有发射电子的能力。这种阴极具有加热时间短和抗电子轰击能力强等优点，在连续波磁控管中得到广泛的应用。

此种阴极加热电流大，要求阴极引线要短而粗，连接部分要接触良好。大功率管的阴极引线工作时温度很高，常用强迫风冷散热。磁控管工作时阴极接负高压，因此引线部分应有良好的绝缘性能并能满足真空密封的要求。为防止因电子回轰而使阳极过热，磁控管工作稳定后应按规定降低阴极电流以延长使用寿命。

能量输出器

能量输出器是把相互作用空间中所产生的微波能输送到负载去的装置。

能量输出装置的作用是无损耗，无击穿地通过微波，保证管子的真空密封，同时还要做到便于与外部系统相连接。

小功率连续波磁控管大多采用同轴输出在阳极谐振腔高频磁场最强的地方。放置一个耦合环，当穿过环面的磁通量变化时，将在环上产生高频感应电流，从而将高频功率引到环外。耦合环面积越大耦合越强。

大功率连续波磁控管常用轴向能量输出器，输出天线通过极靴孔洞连接到阳极翼片上。天线一般做成条状或圆棒也可为锥体。整个天线被输出窗密封。

输出窗常用低损耗特性的玻璃或陶瓷制成。它必须保证微波能量无损耗的通过和具有良好的真空气密性。大功率管的输出窗常用强迫风冷来降低由于介质损耗所产生的热量。

磁路系统

磁控管正常工作时要求有很强的恒定磁场，其磁场感应强度一般为数千高斯。工作频率越高，所加磁场越强。