日光灯管是不是圆柱体(微波管卷土重来)

Posted 2023-05-28

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日光灯管是不是圆柱体(微波管卷土重来)

一种由高功率微波管、高压测量室和功率调节单元组成的高功率微波系统

1904年，j.a. Fleming 发明了弗莱明阀。第二次世界大战后，电子管被用来开发第一代计算机，但这些计算机由于电子元件的大尺寸而不切实际。1947年，在贝尔电话实验室，约翰 · 巴丁、沃尔特 · 布拉顿和威廉·肖克利 · 布拉顿展示了第一个晶体管的放大作用。他们因此获得了诺贝尔奖。

双极晶体管和数字集成电路(ic)首先制成。模拟集成电路、大规模集成电路(LSI)和超大规模集成电路(VLSI)紧随其后的是20世纪70年代中期。超大规模集成电路的设计是由一个芯片上的数以千计的电路组成，芯片之间的晶体管起着开关或门的作用。晶体管适用于低功耗和低频应用。微型计算机、医疗设备、摄像机和通信卫星都是利用集成电路使设备成为可能的例子。

从真空管发明的那一天到今天，当数以百万计的晶体管被制造在一个单一的芯片上时，技术已经进步了很多。但是科学家们正在回顾高功率和高频率应用的微波管，因为只有这些微波管才能在高频率(近1千兆赫)处理高功率(近300兆瓦)。

“微波”一词是指使用的技术和概念以及频率范围。微波在物质中的传播方式与光波相同。这些被金属反射，被一些介质材料吸收，并通过其他材料传输而没有重大损失。

当电子沿电子管运动时，螺旋结构减慢了电子的传播速度。电子束，并增强螺旋线的电压，从而产生放大效应

微波管在雷达、电子战和通信系统中具有潜在的应用前景。空中交通控制雷达、军事雷达、地面穿透雷达、成像雷达、超宽带雷达、云雷达和空间碎片雷达都是使用微波管的雷达。用于电子对抗的多波束干扰机、相控阵干扰机、超高频和超宽带干扰机也使用微波管。用微波可以看到云。这些导管在气候预报和一些医学应用(用于热疗诊断)中发挥作用。此外，微波炉亦有微波加热和微波防护装置/墙纸/家具等用途，适合一般人使用。

微波器件的基本原理传统管子的效率在一定范围内与频率无关。当频率增加超过这个限制，几个因素结合起来迅速降低管的效率。传统管道中的高频效应有电路电抗(电极间电容、铅电感)、渡越时间效应、阴极发射、板材散热、集肤效应功率损耗、辐射和介质损耗。

在微波范围内有效率的管子通常根据速度调制理论工作。微波管利用中转时间将直流电源转换为射频电源。利用电子速度调制原理和低损耗谐振腔在微波管中实现功率交换。

速度调制被定义为由于电子束交替加速和减速而引起的电子束速度的变化。这种变化通常是由电子束必须通过的网格之间施加的电压信号引起的。电子束和静电场的方向与线束管平行。针对这种情况，在交叉场管上，电子束垂直地通过电子束影响电子束的位置。

磁控管是磁控管的一种特殊形式。电子在阴极和阳极之间以弯曲的方式移动，因此电场和磁场与电子束是垂直的。当一个电子被电场或磁场减速时，它就放弃能量，从而使电场变得更强。如果一个电子的速度由于电场或磁场而增加，它就会削弱磁场。

产生射频信号的放大管电路称为振荡器。由一个电感(线圈)和一个电容并联组成的谐振电路决定了振荡器的频率和波长。线圈圈数越少，电容板就越小，振荡器产生的射频就越高。

磁控管有一个中心圆柱形阴极和一个厚厚的圆柱形阳极。顶部和底部板构成真空外壳的其余部分。这些极板被放置在强磁铁的两极之间。

使用空心金属圆柱体作为谐振器，可以解决微波频率下的受控谐振电路问题。圆筒壁类似于一圈线圈，圆筒端板类似于一个非常小的电容器。这种圆柱形谐振腔称为微波谐振腔。通过将腔的一个端板移入或移出圆柱体，振荡器的频率可以被调谐。圆柱体的直径必须约为一个波长，在共振频率下约为半个波长。能量可以通过圆筒壁上的孔进出谐振器。

来自谐振腔的微波场延伸到阴极和阳极之间的区域。强磁场使得高速电子移动，使得这些电子不能到达阳极并返回到阴极，除非通过向空腔电场放出能量来减慢速度。

如果电子到达错误的时间，这些电子从微波场中获取能量，加速并螺旋回到阴极。在正确的电压和微波频率下，电子以正确的速度移动，继续释放速度，并在撞击阳极之前将大部分能量释放给微波场。

其他设备磁控管振荡器是第一个设备开发，是能够产生大功率在微波频率。后来，改进的器件，如行波管放大器(TWTAs)被开发用于微波系统。然而，磁控管生产继续用于微波炉。

交叉场放大器(CFA)是另一种微波功率放大器。它是行波管和磁控管在工作时的交叉。它具有磁控管结构，一方面提供交叉直流电场与磁场之间的相互作用，另一方面提供射频场。它还使用慢波结构，如行波管，以提供连续的相互作用之间的电子束和移动的射频场。

后向波振荡器(BWO)也是一个微波频率和速度调制管，工作原理与行波管相同。然而，行波从管子的电子枪一端移动到收集器，在 BWO 中没有使用。相反，BWO 通过从收集器向电子枪(阴极)传播的反向波从电子束中提取能量。