行波管的工作原理

对于行波管小编是非常的陌生，那么什么是行波管呢，它得工作原理又是什么呢，我们就来一起看看行波管的工作原理吧。

行波管是靠连续调制电子注的速度来实现放大功能的微波电子管。在行波管中，电子注同慢波电路中行进的微波场发生相互作用﹐在长达6～40个波长的慢波电路中电子注连续不断地把动能交给微波信号场﹐从而使信号得到放大。

行波管是依靠和电磁波同步的电子把能量交给电磁波而实现放大。对于同一个电子而言，和电磁波同步时，电子可以稳定的处于减速场中而交出能量，但从电子枪中发射出来的电子在进入慢波结构时遇到的电场可能有4种典型状态。

如图，A和C两类电子处于零电场处和电磁波没有互作用，既不交给电磁波能量也不从电磁波中取得能量。B类电子处于加速场中，将从电磁波中取出能量。D类电子则处于减速场中，将把能量交给电磁波。

在电子和电磁波交换能量的过程中还伴随着“电子群聚”的过程，这就是B类电子被加速后其速度将比C类电子快而慢慢赶上C类电子，D类电子被减速后其速度将比C类电子慢而慢慢落下来向C类电子靠拢，即大部分电子都将聚集在C类电子附近。

使电子的速度略微高于电磁波的速度，那么群聚在C类电子处的电子将进入减速场区中，交出能量。A类电子将进入加速场区中从电磁波处取得能量，但A类电子是极少数，因此总的结果是电子交出能量，电磁波得到放大。

在图（b）和（c）中可以看到电子与电磁场的相互作用可以分为以下几个阶段：

（1）慢波结构的起始部分，电磁场和电子的相互作用表现为电磁场对电子进行速度调制（使处于不同相位的电子速度产生不同的变化）。这时电子不仅不能将能量交给电磁场，反而要从电磁场中吸取一部分能量，电磁波会有一些减弱。

（2）在此之后，由于不同速度电子之间的相互追赶，电子产生群聚，并逐步进入减速场中，开始将能量交给电磁场，电磁波得到放大。加强了的电磁场又加速电子的群聚和使电子更快减速，交出能量。电磁波的幅度将随距离的变化以指数形式快速增加。

（3）当进入集中衰减器时，电磁波被吸收，群聚的电子束在穿过集中衰减器后仍然是群聚的，立即又在慢波系统中重新建立起电磁场并进行放大。

（4）当进一步相互作用时电子密度分布变得更复杂，而电磁波幅度则是先是增长速度下降，在达到最高点后幅度就慢慢下降，也就是出现了饱和现象。

（5）在还没有完全退出之前，电子仍能交出能量，但越来越少，当到达C点时电子将进入加速场，就不再交出能量了。

（6）进一步退到加速区，电子不仅不交出能量，反而要从电磁波中吸收能量，于是电磁波的幅度就下降了。

相关的几个计算公式：

行波管增益G的计算：

   G=BCN-A1-A2-aL         （3.1）

式中，N是慢波结构波长数，A1是初始损耗，A2是集中衰减器所引起的增益减小，L表示慢波结构的损耗，a为一个系数，一般

为0.33~0.5。

   B=56.4X1          （3.2）

X1是行波管方程中增幅波解的实部。

   C=(KcIo/4Uo)⅓    （3.3）

式中，C称为则增益参量，Kc是慢波结构中的耦合阻抗，I0是电子注电流，U0是电子注电压。

从式（3.1）看，似乎只要增加行波管的长度 或者增加电子注电流，就可以得到任意高的增益。实际上有两个因素限制了增益的提高：一是振荡的限制。二是噪声输出功率的限制。

式（3.1）给出的是行波管线性状态下的增益，也就是假定群聚的电子块能一直处于减速场中。

实际上输出功率不断增大时，可能出现群聚电子块在尚未达到输出端就被减速到低于电磁波的相速，群聚电子块将慢慢退出减速场区，交出能量的能力减弱，进入非线性状态。当电子退出零场处时电子就不再交出能量了，行波管的输出功率达到最大值时，称为行波管饱和。这之后电子将进入加速区，不仅不再交出能量，反而要从电磁波中取出能量，行波管的输出功率减小，行波管进入过饱和状态。

行波管出现饱和是由于电子速度降到比慢波结构上的电磁波的相速还低造成的，因此可以考虑将电子进一步加速以提高输出功率和效率。问题的关键是要使电子的速度高于慢波结构上电磁波的相速，提高电子的速度不方便，那么可以采取降低慢波结构上电磁波的相速的方法。

实验结果表明，后者同样可以提高效率和输出功率，而且只要简单的改变慢波结构的节距就可以改变相速，因此相速随距离的变化可以根据需要任意改变，更容易得到所需的效果。此法已被广泛采用。

以上就是小编对行波管工作原理的介绍，其实行波管用于地面固定和移动式雷达﹑机载火控雷达﹑电子对抗设备等。

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