行波管



行波管是宽带微波器件,不像速调管那样具有谐振腔。放大是通过电子束和射频(RF)场之间长时间的相互作用来实现的。

行波管的构造

行波管是一个圆柱形结构,包含来自阴极管的电子枪。它有阳极板、螺旋线和收集器。射频输入发送到螺旋线的一端,输出从螺旋线的另一端取出。

电子枪聚焦具有光速的电子束。磁场引导电子束聚焦,而不发生散射。射频场也以光速传播,该速度被螺旋线减慢。螺旋线充当慢波结构。施加的射频场在螺旋线中传播,在螺旋线的中心产生电场。

由于施加的射频信号产生的合成电场,其传播速度为光速乘以螺旋线螺距与螺旋线周长的比率。穿过螺旋线的电子束的速度,将能量感应到螺旋线上的射频波。

下图解释了行波管的结构特征。

Physical Construction of TWT

因此,在行波管的输出端获得放大的输出。轴向相速度Vp表示为

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

其中r是螺旋线的半径。由于螺旋线对Vp相速度的变化最小,因此它比其他用于行波管的慢波结构更受青睐。在行波管中,电子枪将电子束聚焦在阳极板之间的间隙到螺旋线,然后在收集器处收集。下图解释了行波管中的电极排列。

Electrode Arrangements

行波管的工作原理

当阳极板处于零电位时,这意味着当轴向电场处于节点时,电子束速度保持不变。当轴向电场上的波处于正反节点时,来自电子束的电子沿相反方向移动。这个电子被加速,试图赶上滞后的电子,后者遇到射频轴向场的节点。

在射频轴向场处于负反节点的点上,前面提到的电子由于负场效应而试图超越。电子接收调制速度。累积的结果是在螺旋线中感应出第二波。输出变得大于输入,从而导致放大。

行波管的应用

行波管有很多应用。

  • 行波管在微波接收机中用作低噪声射频放大器。

  • 行波管也用于宽带通信链路和同轴电缆中,作为中继放大器或中间放大器来放大低信号。

  • 行波管具有很长的管寿命,因此它们被用作通信卫星中的功率输出管。

  • 连续波大功率行波管由于其大功率和大带宽,用于对流层散射链路,以散射到较远的距离。

  • 行波管用于高功率脉冲雷达和地面雷达。

广告
© . All rights reserved.