微波工程 - 腔式速调管
为了产生和放大微波，需要一些特殊的管子，称为微波管。其中，速调管是一个重要的器件。
速调管的基本元件是电子束和腔谐振器。电子束由电子枪产生，腔式速调管用于放大信号。末端有一个收集器收集电子。整个装置如下图所示。
阴极发射的电子被加速朝向第一个谐振腔。末端的收集器与谐振腔处于相同的电位。因此，电子在腔谐振器之间的间隙中通常具有恒定的速度。
最初，第一个谐振腔提供一个微弱的高频信号，该信号需要被放大。该信号将在腔体内启动电磁场。该信号通过同轴电缆传输，如下图所示。
由于该电场，通过谐振腔的电子被调制。到达第二个谐振腔时，电子被感应到相同频率的另一个电动势。该电场足够强，可以从第二个谐振腔中提取大的信号。
腔谐振器
让我们首先了解腔谐振器的结构细节和工作原理。下图显示了腔谐振器。
一个简单的谐振电路，它由一个电容器和一个电感线圈组成，可以与这个腔谐振器进行比较。导体具有自由电子。如果对电容器施加电荷使其充电到此极性的电压，则许多电子将从上极板移出并进入下极板。
电子沉积较多的极板将成为阴极，电子较少的极板成为阳极。下图显示了电容器上的电荷沉积。
电场线从正电荷指向负电荷。如果电容器以反向极性充电，则电场的方向也会反转。电子在管中的位移构成交变电流。该交变电流产生交变磁场，该磁场与电容器的电场反相。
当磁场强度最大时，电场为零，一段时间后，电场变为最大而磁场为零。这种强度的交换发生在一个周期内。
闭合谐振器
电容器的值和线圈的电感越小，振荡或谐振频率就越高。由于线圈的电感非常小，因此可以获得高频。
为了产生更高的频率信号，可以通过并联放置更多的电感线圈来进一步减小电感，如下图所示。这导致形成具有非常高频率的闭合谐振器。
在闭合谐振器中，电场和磁场被限制在腔体的内部。第一个谐振腔由外部信号激发以进行放大。该信号必须具有腔体可以谐振的频率。该同轴电缆中的电流建立磁场，从而产生电场。
速调管的工作原理
为了理解进入第一个谐振腔的电子束的调制，让我们考虑电场。谐振器上的电场不断改变感应电场的方向。根据这一点，从电子枪出来的电子，其速度得到控制。
由于电子带负电，如果它们与电场方向相反移动，它们就会被加速。同样，如果电子沿电场方向移动，它们就会被减速。这个电场不断变化，因此电子根据电场的变化而加速和减速。下图显示了电场方向相反时的电子流。
在移动过程中，这些电子进入称为谐振器之间漂移空间的无场空间，速度变化，从而产生电子束。这些束的产生是由于行进速度的变化。
这些束以与第一个谐振器振荡频率相对应的频率进入第二个谐振器。由于所有腔谐振器都是相同的，电子的运动使第二个谐振器振荡。下图显示了电子束的形成。
第二个谐振器中的感应磁场在同轴电缆中感应一些电流，启动输出信号。第二个谐振腔中电子的动能几乎等于第一个谐振腔中的动能，因此没有能量从谐振腔中取出。
电子通过第二个谐振腔时，一些电子被加速，而电子束被减速。因此，所有动能都转换为电磁能量以产生输出信号。
这种双腔速调管的放大倍数低，因此使用多腔速调管。
下图显示了一个多腔速调管放大器的示例。
在第一个谐振腔中施加信号后，我们在第二个谐振腔中得到微弱的电子束。这些将在第三个谐振腔中建立电场，产生更集中的电子束，依此类推。因此，放大倍数更大。