微波工程 - 磁控管
與迄今為止討論的電子管不同，磁控管是交場電子管，其中電場和磁場交叉，即相互垂直。在行波管中，觀察到電子與射頻相互作用的時間比速調管長，導致效率更高。磁控管也採用了相同的技術。
磁控管型別
磁控管主要有三種類型。
負阻型
- 使用兩個陽極段之間的負阻。
- 效率低。
- 用於低頻（< 500 MHz）。
迴旋頻率磁控管
考慮電場分量和振盪電子的同步性。
適用於高於 100MHz 的頻率。
行波或腔體型
考慮電子與旋轉電磁場之間的相互作用。
提供高峰值功率振盪。
用於雷達應用。
腔體磁控管
磁控管被稱為腔體磁控管，因為陽極製成諧振腔，並使用永磁體產生強磁場，這兩者的作用使器件工作。
腔體磁控管的構造
中心有一個厚圓柱形陰極，並有一個銅製的圓柱體軸向固定，充當陽極。該陽極塊由多個充當諧振陽極腔的槽組成。
陽極和陰極之間的空間稱為**相互作用空間**。在腔體磁控管中，電場徑向存在，而磁場軸向存在。該磁場由永磁體產生，永磁體放置的位置使得磁力線平行於陰極並垂直於陽極和陰極之間的電場。
下圖顯示了腔體磁控管的結構細節以及軸向存在的磁力線。
該腔體磁控管具有 8 個彼此緊密耦合的腔體。一個 N 腔磁控管有 N 種工作模式。這些操作取決於頻率和振盪的相位。該腔體諧振器環的總相移應為 2nπ，其中 n 為整數。
如果 φv 表示相鄰腔體之間交流電場的相對相位變化，則
$$φ_v = \frac{2 \pi n}{N}$$
其中 n = 0, ±1, ±2, ± (N/2 -1), ± N/2
這意味著如果 N 為偶數，則可以存在 N/2 種諧振模式。
如果，
$$n = \frac{N}{2} 則 φ_v = π$$
這種諧振模式稱為 π 模式。
$$n = 0 則 φ_v = 0$$
這稱為**零模式**，因為陽極和陰極之間不會有射頻電場。這也稱為**邊緣場**，並且這種模式不用於磁控管。
腔體磁控管的工作原理
當腔體磁控管工作時，我們需要考慮不同的情況。讓我們詳細瞭解一下。
情況 1
如果磁場不存在，即 B = 0，則可以在下圖中觀察到電子的行為。例如，電子 a 在徑向電力的作用下直接到達陽極。
情況 2
如果磁場增強，則電子會受到橫向力的作用。這可以在下圖中觀察到，考慮電子 b，它在兩種力都作用於它的情況下走了一條彎曲的路徑。
該路徑的半徑計算如下
$$R = \frac{mv}{eB}$$
它與電子的速度成正比，與磁場強度成反比。
情況 3
如果磁場 B 進一步增強，則電子遵循如電子 c 所示的路徑，剛好擦過陽極表面並使陽極電流為零。這稱為“**臨界磁場**”（Bc），即截止磁場。請參考下圖以更好地理解。
情況 4
如果磁場大於臨界場，
$$B > B_c$$
則電子遵循如電子 d 所示的路徑，其中電子跳回陰極，而不到達陽極。這會導致陰極的“**回熱**”。請參考下圖。
這是透過在振盪開始後切斷電源來實現的。如果持續這樣做，陰極的發射效率會受到影響。
具有活躍射頻場的腔體磁控管的工作原理
到目前為止，我們已經討論了腔體磁控管在腔體中沒有射頻場（靜態情況）下的工作原理。現在讓我們討論一下當我們有活躍射頻場時它的工作原理。
與行波管一樣，讓我們假設由於某種噪聲瞬變而存在初始射頻振盪。器件的操作維持了振盪。在此過程中發射了三種電子，它們的作用理解為三種不同情況下的電子 a、b 和 c。
情況 1
當存在振盪時，電子 a 減速，將能量傳遞到振盪中。這種將能量傳遞到振盪的電子稱為**優選電子**。這些電子負責**聚束效應**。
情況 2
在這種情況下，另一個電子，例如 b，從振盪中獲取能量並增加其速度。當這樣做時，
- 它彎曲得更急劇。
- 它在相互作用空間中花費的時間很少。
- 它返回陰極。
這些電子稱為**非優選電子**。它們不參與聚束效應。此外，這些電子有害，因為它們會導致“回熱”。
情況 3
在這種情況下，電子 c，它稍後發射，移動得更快。它試圖趕上電子 a。下一個發射的電子 d 試圖與 a 保持同步。結果，優選電子 a、c 和 d 形成電子束或電子雲。這稱為“相位聚焦效應”。
透過檢視下圖可以更好地理解整個過程。
圖 A 顯示了不同情況下的電子運動，而圖 B 顯示了形成的電子雲。這些電子雲在器件工作時出現。這些陽極段內表面上的電荷遵循腔體中的振盪。這產生了順時針旋轉的電場，在進行實際實驗時實際上可以看到。
當電場旋轉時，磁通線平行於陰極形成，在它們的聯合作用下，電子束以四個輻條的形式形成，以規則的間隔指向最近的正陽極段，呈螺旋軌跡。