行波管是靠接连调制电子注的速度来完结扩大功用的微波电子管。在行波管中，电子注同慢波电路中跋涉的微波场发作相互作用﹐在长达6～40个波长的慢波电路中电子注接连不断地把动能交给微波信号场﹐从而使信号得到扩大。
特色
行波管的特色是频带宽﹑增益高﹑动态规模大和噪声低。行波管频带宽度(频带凹凸两头频率之差/中心频率)可达100%以上﹐增益在25～70分贝规模内﹐低噪声行波管的噪声系数最低可达1～2分贝。
原理
在行波管中﹐电子注与慢波电路中的微波场发作相互作用。微波场沿著慢波电路向前跋涉。为了使电子注同微波场发作有用的相互作用﹐电子的直流运动速度应比沿慢波电路跋涉的微波场的相位传达速度(相速)略高﹐称为同步条件。输入的微波信号在慢波电路建立起弱小的电磁场。电子注进入慢波电路相互作用区域以後﹐首要遭到微波场的速度调制。电子在持续向前运动时逐步构成密度调制。大部分电子群聚于减速场中﹐并且电子在减速场停留时间比较长。因而﹐电子注动能有一部分转化为微波场的能量﹐从而使微波信号得到扩大。在同步条件下﹐电子注与跋涉的微波场的这种相互作用沿著整个慢波电路接连进行。这是行波管与速调管在原理上的底子差异。
结构
行波管在结构上包含电子枪﹑慢波电路﹑会集衰减器﹑能量
行波管耦合器﹑聚集体系和搜集极等部分。
电子枪的作用是构成契合规划要求的电子注。
聚集体系使电子注坚持所需形状﹐确保电子注顺畅穿过慢波电路并与微波场发作有用的相互作用﹐最後由搜集极接纳电子注。
待扩大的微波信号经输入能量耦合器进入慢波电路﹐并沿慢波电路跋涉。
电子与跋涉的微波场进行能量交流﹐使微波信号得到扩大。扩大後的微波信号经输出能量耦合器送至负载。
电子枪
行波管常用的电子枪有皮尔斯平行流枪﹑皮尔斯集聚枪﹑高导流系数电子枪﹑阳控电子枪﹑栅控电子枪﹑无截获栅控电子枪\低噪声电子枪等。
以脉冲办法作业的行波管能够选用操控阴极电压的办法来完结对电子注的调制﹐称为阴控。阴控需求装备大功率调制器﹐设备粗笨﹑杂乱﹐并且耗电量大。用附加调制阳极对电子注进行操控﹐称为阳控。阳控所需脉冲电压也比较高。在阴极与阳极之间装一个操控栅便构成栅控电子枪。在这种情况下﹐仅用较低的脉冲电压即可对电子注进行操控﹐因而能减小调制器体积﹑分量和耗电量。
在栅控电子枪中﹐操控栅约截获电子注电流的10%。当行波管电子注功率较大时﹐操控栅耗散功率增大﹐致使栅极温度升高﹑栅极电子发射添加﹑栅网变形乃至焚毁。为了处理这个问题﹐能够选用无截获栅控电子枪。无截获栅控电子枪是在操控栅与阴极之间设置暗影栅﹐暗影栅与阴极同电位﹐结构上与操控栅准确对准﹐从而使操控栅的截获电流下降到总电流的千分之一以下。选用无截获栅控电子枪不仅能进步栅控行波管的平均功率容量﹐并且能降低调制器的功率。
聚集体系
行波管中常用的聚集办法是均匀永磁聚集﹑倒向场聚集﹑周期永磁聚集和均匀电磁聚集(见强流电子光学)。
慢波电路
电子注的直流速度决定于行波管的作业电压。行波管作业电压为2.5千伏时﹐电子注直流速度约为自由空间电磁波速度(即光速)的10%﹔作业电压为50千伏时﹐电子注直流速度约为自由空间电磁波速度的40%。为了使电子注同微波场发作有用的相互作用﹐微波场的相速应略低于上述电子注的直流速度。因而﹐行波管中微波场的相速应明显低于自由空间中电磁波传达速度。慢波电路便是减小微波场相速的设备。
在选定的作业形式下﹐慢波电路首要的特性和参量有色散特性﹑耦合阻抗等。色散特性表明在慢波电路中传达的微波场的相速随频率改变的联系。用于宽频带行波管的慢波电路﹐在频带宽度内相速随频率的改变应尽量小﹐即色散较弱。这样才能在整个频带宽度内确保电子注与微波场相速之间的同步。耦合阻抗是表明电子注与微波场相互作用强弱的一个参量。耦合阻抗的量值越大﹐微波场与电子注的耦合越强﹐电子注与微波场之间的能量交流越充沛。此外﹐在实践使用和生产中还要求慢波电路机械强度高﹑散热功能好﹑结构简略﹑易于加工。
行波管常用的慢波电路有两类﹕螺旋线型电路和耦合腔型电路(图3 行波管中常用的慢波电路 )。螺旋线型慢波电路包含螺旋线﹑环杆线﹑环圈线等。螺旋线结构简略﹑色散弱﹐因而频带宽﹐缺陷是散热能力差﹐作业电压高时易发作返波振汤。螺旋线多用于宽频带﹑中小功率行波管﹐作业带宽可达100%以上﹐I波段(8～10吉赫)﹑J波段(10～20吉赫)的螺旋线行波管脉冲功率已达10千瓦。环杆线同螺旋线比较﹐耦合阻抗高﹑散热能力强﹑机械强度好﹑不易发作返波振汤﹐但色散较强。环杆线作业电压在10～30千伏﹐频带宽度为15%～20%﹐广泛用于中功率行波管。环圈线按捺返波振汤的功能较好﹐也已得到使用。
耦合腔型慢波电路包含休斯电路﹑三叶草电路等。它们的特色是机械强度高﹑散热能力强﹐适用于大功率行波管﹐但频带宽度比较窄。选用休斯电路的行波管﹐脉冲功率在1至几百千瓦﹐频带宽度约10%。脉冲功率在500千瓦以上的行波管﹐多选用三叶草电路。此外﹐行波管中选用的慢波电路还有穿插指型慢波线(亦用于O型返波管)﹑曲折线﹑卡普线等。
会集衰减器
输入﹑输出能量耦合器与慢波电路之间和慢波电路各部分之间﹐都应有杰出的阻抗匹配。匹配欠安会构成电磁波反射。反射波引起反应﹐会导致行波管内呈现寄生振汤。为防止这种振汤﹐须在慢波电路的必定方位上设置会集衰减器。会集衰减器由损耗涂层或损耗陶瓷片构成。在会集衰减器处﹐反射波被吸收﹐可到达消除反应按捺振汤的意图。虽然在会集衰减器中作业形式的微波场相同也遭到衰减﹐但电子注内业已构成的密度调制将在下一段电路中从头建立起微波场。
搜集极
电子注在完结同微波场的相互作用後从慢波电路射出﹐最後打在搜集极上。为了进步行波管的总功率﹐能够选用降压搜集极。
使用
脉冲行波管用于地上固定和移动式雷达﹑机载火控雷达﹑电子对抗设备等。脉冲功率在10千瓦至4兆瓦的行波管﹐频带宽度为8%～30%﹔脉冲功率为5千瓦者﹐频带宽度可达67%﹔脉冲功率为1千瓦者﹐频带宽度可达 100%以上。大功率接连波行波管多用于卫星通信地球站﹐在10吉赫下输出功率可达14千瓦﹐38吉赫下达 1千瓦。多模行波管用于电子对抗体系﹐可在多种脉冲状况和接连波状况下作业。多模行波管的脉升比(脉冲功率/接连波功率)为3～12分贝。印制行波管和小型行波管体积小﹑分量轻﹑成本低﹐适合于用量大的场合﹐如相控阵雷达。空间行波管是空间使用的专用管型﹐特色是可靠性高﹑寿数长和功率高。通信卫星和电视直播卫星大多数选用行波管作发射管﹐寿数可达10年以上。
O型返波管 在行波管中﹐沿慢波电路传输的能量流的方向与电子运动方向相同﹐所以行波管是一种前向波扩大管。在返波管中﹐沿慢波电路传输的能量流的方向与电子运\动方向相反。返波管有O型返波管和M型返波管两大类。O型返波管又可按作业状况分红振汤管﹑扩大管和变频管三种﹐但仅有返波振汤管取得广泛使用。因而﹐返波管通常指返波振汤管。O型返波振汤管的电子调谐规模大﹐可达67%以上﹐其最高作业频率可达1250吉赫﹐它是传统微波管中能到达亚毫米波段的有用器材。O型返波振汤管用于信号源﹑小功率振汤器。
