行波管



行波管是寬頻微波器件,不像速調管那樣具有諧振腔。放大是透過電子束和射頻(RF)場之間長時間的相互作用來實現的。

行波管的構造

行波管是一個圓柱形結構,包含來自陰極管的電子槍。它有陽極板、螺旋線和收集器。射頻輸入傳送到螺旋線的一端,輸出從螺旋線的另一端取出。

電子槍聚焦具有光速的電子束。磁場引導電子束聚焦,而不發生散射。射頻場也以光速傳播,該速度被螺旋線減慢。螺旋線充當慢波結構。施加的射頻場在螺旋線中傳播,在螺旋線的中心產生電場。

由於施加的射頻訊號產生的合成電場,其傳播速度為光速乘以螺旋線螺距與螺旋線周長的比率。穿過螺旋線的電子束的速度,將能量感應到螺旋線上的射頻波。

下圖解釋了行波管的結構特徵。

Physical Construction of TWT

因此,在行波管的輸出端獲得放大的輸出。軸向相速度Vp表示為

$$V_p = V_c \left ( {螺距}/{2\pi r} \right )$$

其中r是螺旋線的半徑。由於螺旋線對Vp相速度的變化最小,因此它比其他用於行波管的慢波結構更受青睞。在行波管中,電子槍將電子束聚焦在陽極板之間的間隙到螺旋線,然後在收集器處收集。下圖解釋了行波管中的電極排列。

Electrode Arrangements

行波管的工作原理

當陽極板處於零電位時,這意味著當軸向電場處於節點時,電子束速度保持不變。當軸向電場上的波處於正反節點時,來自電子束的電子沿相反方向移動。這個電子被加速,試圖趕上滯後的電子,後者遇到射頻軸向場的節點。

在射頻軸向場處於負反節點的點上,前面提到的電子由於負場效應而試圖超越。電子接收調製速度。累積的結果是在螺旋線中感應出第二波。輸出變得大於輸入,從而導致放大。

行波管的應用

行波管有很多應用。

  • 行波管在微波接收機中用作低噪聲射頻放大器。

  • 行波管也用於寬頻通訊鏈路和同軸電纜中,作為中繼放大器或中間放大器來放大低訊號。

  • 行波管具有很長的管壽命,因此它們被用作通訊衛星中的功率輸出管。

  • 連續波大功率行波管由於其大功率和大頻寬,用於對流層散射鏈路,以散射到較遠的距離。

  • 行波管用於高功率脈衝雷達和地面雷達。

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