速調(diào)管放大器用于各種行業(yè)，包括衛(wèi)星系統(tǒng)、電視廣播、雷達、粒子加速器和醫(yī)療領域。在本文中，我們將了解雙腔速調(diào)管的獨特構造和電子束的概念。

速調(diào)管是一種放大微波頻率信號的設備，通過應用真空管原理和“電子束”的概念來實現(xiàn)高功率增益。速調(diào)管用于衛(wèi)星系統(tǒng)、電視廣播和雷達，以及粒子加速器和醫(yī)學。

速調(diào)管由斯坦福大學的拉塞爾和西格德瓦里安兄弟發(fā)明。他們的原型于 1937 年 8 月 30 日完成并成功演示。

速調(diào)管可用于高達 400 GHz 的 UHF 區(qū)域（300 MHz 至 3 GHz）。速調(diào)管放大器有幾種風格。一種主要類型是反射速調(diào)管，主要用作振蕩器。

然而，在本文中，我們將關注另一種流行的類型：雙腔速調(diào)管。

雙腔速調(diào)管的原理

雙腔速調(diào)管幾何

雙腔速調(diào)管使用電子源（加熱器）、陽極和陰極，就像傳統(tǒng)的真空管一樣。它還利用電子流末端的收集器元件。加熱器在加熱時蒸發(fā)電子，并且由于兩個元件之間的高直流電勢，電子從陰極射出并加速朝向陽極。因此產(chǎn)生聚焦的電子束。

在雙腔速調(diào)管的情況下，電子束穿過第一個環(huán)形腔中的一個中心孔，然后穿過類似的第二個腔，在收集器處終止。

在空腔孔的每一側是電子通過的網(wǎng)格。正是腔體與光束的相互作用提供了設備可以產(chǎn)生的高水平放大。

圖 2.速調(diào)管布局

腔體

也許我們可以花點時間討論聚束器和捕集器中使用的空腔。這個故事中的空腔是一個環(huán)形物體，其橫截面如下：

圖 3. 3a） 諧振腔；3b） 以偽電形式等效；3c） 等效電路；3d） 頻率響應。

這也可以顯示為諧振回路電路，并聯(lián)區(qū)域為電容器，圓形部分為單匝電感器，如圖 2b 和 2c 所示。

當然，可以使空腔在由其幾何形狀定義的窄頻率范圍內(nèi)諧振（圖 2d）。該結構的中心部分就像一個電容器，其中有一個孔，電子束可以通過該孔。該電容器以及因此施加到通過中心孔的任何物體的電荷將以諧振頻率翻轉電荷。

從電學角度來看，電容和電感定義了結構的電諧振頻率。激勵信號通過圖 2a 頂部所示的同軸電纜連接從外部饋入諧振器。這種同軸連接以諧振頻率激發(fā)腔體。

電子束

速調(diào)管利用了一種稱為電子聚束的現(xiàn)象，如下所示：

以高速離開源的電子束中的電子在行進方向上的速度大致相等。在沿路徑?jīng)]有施加相互作用的情況下，束中的電子將繼續(xù)以這種方式直到在收集器處終止。但是，如果沿路徑存在可以阻止電子運動的結構，則可能會導致其中一些電子降低速度。當左側網(wǎng)格為負時會發(fā)生這種情況。

當電子通過負左網(wǎng)格時，網(wǎng)格的負電荷會推回電子，從而減慢它們的速度。當它們穿過網(wǎng)格之間的空間并經(jīng)過最右邊的正網(wǎng)格時，正網(wǎng)格會進一步減慢電子，因為它會在它們離開開口時拉動它們。

在板的相反電循環(huán)中，電子最初遇到一個正網(wǎng)格，它拉動它們并通過聚束網(wǎng)格加速它們?，F(xiàn)在最右邊的負網(wǎng)格將它們推得更快，因為它在退出時會排斥它們。

想象一下，你是一個穿過聚束器的電子，你被聚束器放慢了速度。你會一直巡航并輕輕減速，這樣你周圍的所有其他電子都會散開（在行進方向上）。生活是美好的——前面有很多空間。可是等等！你身后的一大堆電子被加速到更高的速度，現(xiàn)在當你減速進入它們時它們正在追趕你！現(xiàn)在我們是一大群人沿著漂移空間旅行。

圖 3. 該圖顯示了電子穿過漂移空間時的電子聚束行為。A 顯示傳輸開始時的快照。當我們從 B 前進到 D 時，較慢的電子組（藍色）逐漸被較快的電子組（紅色）取代，導致在幀 D 處出現(xiàn)一段高電子密度的時期。

結果是密度調(diào)制或聚束與聚束器諧振腔賦予的電子施加的力成正比（這聽起來有用嗎？）。最終結果實際上是聚束器和捕集器之間的射頻調(diào)制電流（畢竟，電流只是隨時間推移的電荷流）。

操作：把它放在一起

所以現(xiàn)在我們有了一種方法，可以將交流電信號施加到有電子束通過的電容器上。正如您可能已經(jīng)猜到的那樣（您是超級聰明的工程師），電容器上的交流信號（讀?。簶O性）要么減慢電子速度，要么加速它們。因此，電子束發(fā)生在所施加信號的頻率處！

“好吧，那又怎樣？”你可能會說。好吧，如果我們采用類似的諧振器并放置它，例如，最佳聚束的確切距離，然后與諧振器建立同軸連接并將信號提取為輸出而不是一個輸入，我們現(xiàn)在可以得到一個信號，它是輸入信號（聚束）的副本，并且被大大放大了！

現(xiàn)在我們有了一個微波功率放大器，基于這樣一個事實，即更少的電子進入設備，更多的電子與輸入信號成比例地聚集并通過捕集腔輸出。