微波工程 - 磁控管
与迄今为止讨论的电子管不同，磁控管是交场电子管，其中电场和磁场交叉，即相互垂直。在行波管中，观察到电子与射频相互作用的时间比速调管长，导致效率更高。磁控管也采用了相同的技术。
磁控管类型
磁控管主要有三种类型。
负阻型
- 使用两个阳极段之间的负阻。
- 效率低。
- 用于低频（< 500 MHz）。
回旋频率磁控管
考虑电场分量和振荡电子的同步性。
适用于高于 100MHz 的频率。
行波或腔体型
考虑电子与旋转电磁场之间的相互作用。
提供高峰值功率振荡。
用于雷达应用。
腔体磁控管
磁控管被称为腔体磁控管，因为阳极制成谐振腔，并使用永磁体产生强磁场，这两者的作用使器件工作。
腔体磁控管的构造
中心有一个厚圆柱形阴极，并有一个铜制的圆柱体轴向固定，充当阳极。该阳极块由多个充当谐振阳极腔的槽组成。
阳极和阴极之间的空间称为**相互作用空间**。在腔体磁控管中，电场径向存在，而磁场轴向存在。该磁场由永磁体产生，永磁体放置的位置使得磁力线平行于阴极并垂直于阳极和阴极之间的电场。
下图显示了腔体磁控管的结构细节以及轴向存在的磁力线。
该腔体磁控管具有 8 个彼此紧密耦合的腔体。一个 N 腔磁控管有 N 种工作模式。这些操作取决于频率和振荡的相位。该腔体谐振器环的总相移应为 2nπ，其中 n 为整数。
如果 φv 表示相邻腔体之间交流电场的相对相位变化，则
$$φ_v = \frac{2 \pi n}{N}$$
其中 n = 0, ±1, ±2, ± (N/2 -1), ± N/2
这意味着如果 N 为偶数，则可以存在 N/2 种谐振模式。
如果，
$$n = \frac{N}{2} 则 φ_v = π$$
这种谐振模式称为 π 模式。
$$n = 0 则 φ_v = 0$$
这称为**零模式**，因为阳极和阴极之间不会有射频电场。这也称为**边缘场**，并且这种模式不用于磁控管。
腔体磁控管的工作原理
当腔体磁控管工作时，我们需要考虑不同的情况。让我们详细了解一下。
情况 1
如果磁场不存在，即 B = 0，则可以在下图中观察到电子的行为。例如，电子 a 在径向电力的作用下直接到达阳极。
情况 2
如果磁场增强，则电子会受到横向力的作用。这可以在下图中观察到，考虑电子 b，它在两种力都作用于它的情况下走了一条弯曲的路径。
该路径的半径计算如下
$$R = \frac{mv}{eB}$$
它与电子的速度成正比，与磁场强度成反比。
情况 3
如果磁场 B 进一步增强，则电子遵循如电子 c 所示的路径，刚好擦过阳极表面并使阳极电流为零。这称为“**临界磁场**”（Bc），即截止磁场。请参考下图以更好地理解。
情况 4
如果磁场大于临界场，
$$B > B_c$$
则电子遵循如电子 d 所示的路径，其中电子跳回阴极，而不到达阳极。这会导致阴极的“**回热**”。请参考下图。
这是通过在振荡开始后切断电源来实现的。如果持续这样做，阴极的发射效率会受到影响。
具有活跃射频场的腔体磁控管的工作原理
到目前为止，我们已经讨论了腔体磁控管在腔体中没有射频场（静态情况）下的工作原理。现在让我们讨论一下当我们有活跃射频场时它的工作原理。
与行波管一样，让我们假设由于某种噪声瞬变而存在初始射频振荡。器件的操作维持了振荡。在此过程中发射了三种电子，它们的作用理解为三种不同情况下的电子 a、b 和 c。
情况 1
当存在振荡时，电子 a 减速，将能量传递到振荡中。这种将能量传递到振荡的电子称为**优选电子**。这些电子负责**聚束效应**。
情况 2
在这种情况下，另一个电子，例如 b，从振荡中获取能量并增加其速度。当这样做时，
- 它弯曲得更急剧。
- 它在相互作用空间中花费的时间很少。
- 它返回阴极。
这些电子称为**非优选电子**。它们不参与聚束效应。此外，这些电子有害，因为它们会导致“回热”。
情况 3
在这种情况下，电子 c，它稍后发射，移动得更快。它试图赶上电子 a。下一个发射的电子 d 试图与 a 保持同步。结果，优选电子 a、c 和 d 形成电子束或电子云。这称为“相位聚焦效应”。
通过查看下图可以更好地理解整个过程。
图 A 显示了不同情况下的电子运动，而图 B 显示了形成的电子云。这些电子云在器件工作时出现。这些阳极段内表面上的电荷遵循腔体中的振荡。这产生了顺时针旋转的电场，在进行实际实验时实际上可以看到。
当电场旋转时，磁通线平行于阴极形成，在它们的联合作用下，电子束以四个辐条的形式形成，以规则的间隔指向最近的正阳极段，呈螺旋轨迹。