1) 用以产生大功率微波振荡的微波电子管。在磁控管中，电子运动方向、径向直流电场和轴向恒定
磁场三者相互垂直，因而它又属於正交场器件。 早期的磁控管(负阻磁控管和回旋磁控管)
由於效率极低，没有实用意义。第一只多腔磁控管是苏联工程师..阿列克谢也夫和..马辽逻夫於1936
～1937年间制成的。1939年，英国物理学家H.A.布特，H.和J.T.兰道尔也制成了多腔磁控管。在第二
次世界大战中，多腔磁控管广泛用於军用雷达发射机，发挥了很大的作用。到1945年，其工作频率已
达30吉赫。一般所称的磁控管，即指多腔磁控管。 磁控管的特点是功率大、效率高、工作
电压低、尺寸小、重量轻、成本低。磁控管主要由阴极、阳极、能量耦合装置、磁路和调谐装置等五
个部件构成(图1 磁控管的结构 )。固定频率的磁控管中不设调谐装置。 工作原理 磁控管
通常工作在模，相邻两个谐振腔腔口处微波电场相位正好相差180，即微波电场方向正好相反(图2 在
外加直流电场、磁场和微波场的作用下，电子的运动情况 )。虽然这种微波场为驻波场，但在模的情
况下，相当於两个相同的微波场在圆周上沿相反的方向运动，两个场的相速值相等。从阴极发射出的
电子在正交电磁场作用下作轮摆线运动。调节直流电压和恒定磁场，使电子在圆周方向的平均漂移速
度=/正好等於在其方向上运动的一个微波场的相速(式中是直流电压在互作用空间产生的直流电场平均
值，为轴向恒定磁感应强度)，电子就可以与微波场作同步运动。在同步运动过程中，处在微波减速场
中的那部分电子将自己的直流位能逐渐交给微波场，并向阳极靠拢，最后为阳极所收集。这部分电子
向微波场转移能量，有利於在磁控管中建立稳定的微波振荡，故称为有利电子。处在微波加速场的那
部分电子从微波场获得能量并向阴极运动，最后打在阴极上。这部分电子称为不利电子。不利电子在
回轰阴极时打出大量的次级电子，使互作用空间电子的数量因之增加。最大减速场区是电子的群聚中
心。在它两旁的电子都受到向这个群聚中心靠拢的力而向群聚中心运动。最大加速场区是电子的散聚
中心，附近的电子都受到背离散聚中心的力，分别向左右两边运动，转化为有利电子。这样，在振荡
建立过程中不利电子越来越少，有利电子越来越多，并向群聚中心集中，逐步在互作用空间形成轮辐
状电子云。这种处於不同相位下的电子在互作用空间自动群聚成轮辐状电子云的现象，称为自动相位
聚焦。在互作用空间的微波场，随著远离阳极表面而指数衰减。因此，在阴极表面的微波场极弱，对
电子的群聚作用极小，在阴极附近不会形成明显的电子轮辐，而是形成几乎均匀分布的电子轮毂。
在互作用空间的电子中有利电子占绝大多数，而且均在向阳极运动过程中，有利电子回旋的时
间又较长，它们能够充分地将直流位能轮换成微波能量；回轰阴极的电子比较少，而且它们从阴极发
射后不久就打在阴极上，因而从微波场吸收能量也较少。这样，互作用空间全部电子与微波场相互作
用的总的效果是，电子将直流位能交给微波场，在磁控管中建立起稳定的微波振荡。 阳极
谐振系统 阳极谐振系统由沿著圆周排列的一组闭合谐振腔构成。磁控管作为振荡器需有一定的储能，
以维持微波振荡，因而要求阳极谐振系统有较高的品质因数。同时，在磁控管中，振荡的能量又需要
通过输出装置输出才能使用。因此，阳极谐振系统上的能量耦合元件的设计十分重要。它既要耦合出
一定能量保证使用，又要使阳极谐振系统具有较高的品质因数，保持足够高的储能，维持磁控管稳定
工作。 磁控管工作於 模。为保证 模工作稳定，邻模与 模之间应有良好的模式分割，因此
，常常采用带有隔膜带的或旭日异腔型的阳极谐振系统。图3 磁控管的阳极谐振系统 为常用的磁控管
阳极谐振系统的结构。 分类和应用 磁控管接工作状态可分为脉冲磁控管和连续波磁控管；
按结构特点可分为普通磁控管、同轴磁控管和反同轴磁控管；按频率可调与否，可分为固定频率磁控
管和频率可调磁控管。频率可调磁控管又可分为机械调谐磁控管和频率捷变磁控管。另外还有一类藉
助改变阳极电压实现频率调谐的电压调谐磁控管。 脉冲磁控管的工作脉冲宽度可在 0.004
～60微秒范围内变化，工作频率范围在250兆赫至120吉赫之间，脉冲功率从几十瓦到几十兆瓦，效率
可达70％，寿命可达几万小时。脉冲磁控管广泛用於引导、火控、测高、机载、舰载、气象等各种雷
达中。 连续波磁控管用於电子对抗、工业加热和微波理疗。功率在 400～1000瓦之间的廉
价的连续波磁控管还广泛用於家用微波灶。为了不干扰雷达和通信设备的正常工作，医用、工业加热
和烹调用磁控管的工作频率通常为915±25兆赫及2450±50兆赫。 频率可调磁控管，特别是
频率捷变磁控管能提高雷达的抗干扰能力。 电压调谐磁控管通常作为电子对抗设备的功率
源，可提供几瓦到几百瓦的连续波功率。它具有调谐速度快、调谐线性好等优点。小功率电压调谐磁
控管调谐范围可达2：1，4：1，甚至20：1，能大大提高各种雷达的电子对抗能力。它的主要缺点是输
出功率不够大，不能用於雷达的电子反对抗措施。 同轴磁控管 同轴磁控管是在普通磁控管
翼片腔体(称为内腔)外面加一只具有高品质因数的同轴腔(称为外腔)而构成，靠内腔背壁上的相间耦
合隙缝将内外腔的场耦合起来(图4 同轴磁控管结构 )。 同轴磁控管具有模式分割好、工作
效率高和频率稳定性好的优点，常用於动目标显示、精密跟踪和测距雷达中。反同轴磁控管由内阳极
和与之同轴的外阴极组成，因而可增大阴极面积。同轴磁控管的工作波长可短至毫米波段。这种磁控
管的特点是功率高、效率高、频率稳定性好。
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2) 靠周期性地调制电子注的速度来实现放大或振荡功能的微波电子管。在速调管中，输入腔隙缝的信
号电场对电子进行速度调制，经过漂移后在电子注内形成密度调制；密度调制的电子注与输出腔隙缝
的微波场进行能量变换，电子把动能交给微波场，完成放大或振荡的功能。 1937年，美国
物理学家瓦里安，R.H.和S.F.瓦里安制出双腔速调管振荡器。反射速调管则是1940年由苏联工程师 ..
捷瓦科维、..丹尼尔捷维、..布斯库诺维和..柯瓦连科分别研制成功的。 按照电子行进的
轨迹，速调管分为直射速调管和反射速调管两类，通常将直射速调管简称为速调管。 直射
速调管 直射速调管在结构上包括以下几部分：电子q、谐振腔、调揩系统、各腔之间的漂移管、能量
耦合器、收集极和聚焦系统。具有两个谐振腔的速调管称为双腔速调管；具有两个以上谐振腔者称为
多腔速调管。 双腔速调管(图1a 速调管示意图 )仅有两个谐振腔，即输入腔和输出腔。由
电子q产生的电子注首先到达输入腔隙缝。输入的微波信号经能量耦合器送进输入腔，在谐振腔隙缝
外形成微波信号电压。在这里，电子注受到微波场的速度调制，然后进入无场漂移管。在漂移过程中
电子发生群聚，在电子注内形成密度调制。密度调制的电子注与输出腔隙缝的微波场进行能量交换，
电子把能量交给微波场，完成放大或振荡的功能。微波功率经能量耦合器送至负载。 双腔
速调管增益仅为10分贝左右。为了提高增益，可以在输入腔与输出腔之间设置一个或多个中间腔，构
成级联放大器。这种速调管称为多腔速调管(图1b 速调管示意图 )。引入中间腔还可以提高效率；若
使各腔频率略有差异，还可展宽频带。多腔速调管的特点是增益高、效率高、稳定性好、输出功率大
，缺点是频带窄。多腔速调管的稳定增益可达80分贝，效率最高可达75％，脉冲功率可达60兆瓦，连
续波功率可达1兆瓦。频带一般仅有1％～2％，个别大功率脉冲速调管可达10％～12％。 电
子群聚 电子从阴极发射出现以后受到高电压的加速，到达输入腔隙疑时所有电子的速度是一致的。待
放大的微波信号进入输入腔，在隙缝上建立起微波信号电压。隙缝上的电压随时间呈正弦变化。在不
同时刻到达隙缝的电子，受到不同的瞬时电压的作用(图2 速调管中电子群聚 )。 =时，隙
缝电压等於零，在这一时刻穿越隙缝的电子既未受到加速也未受於减速，仍以原来速度继续向前运动
。 =时，隙缝电压为负向最大值(电压方向以电子受到减速力时为负，受加速力时为正)。在
这个时刻穿过隙缝的电子受到减速。穿过隙缝后，这些电子以低於原来的速度向前运动并逐渐落后。
经过一定距离，这些电子与较晚时刻()穿过隙缝的电子聚集在一起。 =时，隙缝电压为正向
最大值。在这个时刻穿过隙缝的电子受到加速。穿过隙缝后，这些电子以高於原来的速度向前运动。
经过一定距离，这些电子追上在时刻从隙缝飞出的电子。 在～之间穿过隙缝的电子均被减
速，在～之间穿过隙缝的电子均受到加速。这样，注中电子在输入腔隙缝受到速度调制，并在无场漂
移空间飞行一定距离之后，快速电子追上慢速电子，在处形成电子群。这就是电子群聚现象。於是，
在第二腔处，电子的密度随时间呈周期性变化，即形成密度调制(图2 速调管中电子群聚 )。这就使电
子注电流中包含了一定的交流分量。电子群穿过输出腔隙缝时正值微波减速场。电子受到减速就会把
动能交给输出腔的微波场，完成对输入信号的放大。 电子q 速调管常用的电子q有阴控q
、阳控q、栅控q、无截获栅控电子q和磁控注入式空心注电子q(见行波管、强流电子光学)。
谐振腔 常用的谐振腔有两种：双重入式圆柱形谐振腔和双重入式角柱形谐振腔(图3 速调管常用
谐振腔 )。圆柱腔用於固定频率或调谐范围小的速调管，利用电容片调谐。谐振腔可以装在管外(外腔
式速调管)或管内(内腔式速调管)。工作波长较长和频带较宽的速调管可做成外腔式。 输入
腔或输出腔通过能量耦合器与管外微波系统相接。简单输出腔的频带很窄，为展宽输出电路的频带可
采用滤波器型输出电路和分布互作用电路(分布互作用速调管)或慢波电路输出段(行波速调管)。
聚焦系统 速调管常用聚焦方法有均匀永磁聚焦、周期永磁聚焦、均匀电磁聚焦和静电聚焦。
收集极 电子打在收集极上时，剩余动能转化为热能。为导走热量，大、中功率速调管收集极需
要采用液冷、风冷或蒸发冷却。 直射速调管的应用 连续波放大速调管应用於对流层散射通
信、微波接力通信、卫星通信地面站、电视发射机、机载与地面雷达、微波工业加热及将能量变成微
波形式进行传输。现代连续波放大速调管工作频率分布在220兆赫至36吉赫范围内，输出功率从几百瓦
至1兆瓦。 脉冲放大速调管应用於雷达、带电粒子加速。现代脉冲放大速调管工作频率分
布在 220兆赫至18吉赫范围内，脉冲功率从1千瓦至60兆瓦。 在直射速调管中，将一部分输
出功率反馈至输入腔可构成振荡器，用於参量放大器、导航台等。双腔速调管可用於倍频。
反射速调管 用来产生微波振荡的单腔速调管。它的特点是结构简单，工作可靠，体积小，重量轻，电
压低，可机械调谐和电子调谐，参数随环境温度变化小，抗辐射能力强。反射速调管输出功率为10毫
瓦至2.5瓦，工作频率在800兆赫至220吉赫之间，机械调谐范围为1％～15％(毫米波管达40％)，电子
调谐范围为0.1％～1.0％。效率为20％～30％。反射速调管在结构上包括阴极、谐振腔、反射极和能
量耦合器等部分(图4 反射速调管原理图 )。 电子从阴极发射出来，受到加速后穿过谐振腔
隙缝。在隙缝外受到微波电场的速度调制，然后进入谐振腔与反射极之间的减速场(反射极电位负於阴
极)。在减速场作用下，所有电子都将被反射回来。受到速度调制的电子注，在减速场内返转运动过程
中形成密度调制。当电子注再次穿过隙缝时，群聚的电子把能量交给腔体微波场以维持振荡。振荡功
率经能量耦合器送至负载。电子被腔壁或其他金属零件收集。 反射速调管广泛用於小功率
信号源、振荡器和各种微波设备，但因半导体器件的竞争，产量有降低的趋势。尽管如此，在80年代
初它仍是微波电子管中生产数量最大的一种管型。
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行波管
3)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。1943年，物理学家康夫纳，R.在英国制出世界上第一只行波管，1947年美国物理
学家J.皮尔斯发表对行波管的理论分析。现代行波管已成为雷达、电子对抗、中继通信、卫星通信、
电视直播卫星、导航、遥感、遥控、遥测等电子设备的重要微波电子器件。行波管的特点是频带宽、
增益高、动态范围大和噪声低。行波管频带宽度(频带高低两端频率之差/中心频率)可达100％以上，
增益在25～70分贝范围内，低噪声行波管的噪声系数最低可达1～2分贝。 行波管在结构上
包括电子q、慢波电路、集中衰减器、能量耦合器、聚焦系统和收集极等部分(图1 行波管结构图 )。
电子q的作用是形成符合设计要求的电子注。聚焦系统使电子注保持所需形状，保证电子注顺利穿过
慢波电路并与微波场发生有效的相互作用，最后由收集极接收电子注。待放大的微波信号经输入能量
耦合器进入慢波电路，并沿慢波电路行进。电子与行进的微波场进行能量交换，使微波信号得到放大
。放大后的微波信号经输出能量耦合器送至负载。 行波管原理 在行波管中，电子注与慢波
电路中的微波场发生相互作用。微波场沿著慢波电路向前行进。为了使电子注同微波场产生有效的相
互作用，电子的直流运动速度应比沿慢波电路行进的微波场的相位传播速度(相速)略高，称为同步条
件。输入的微波信号在慢波电路建立起微弱的电磁场。电子注进入慢波电路相互作用区域以后，首先
受到微波场的速度调制。电子在继续向前运动时逐渐形成密度调制。大部分电子群聚於减速场中，而
且电子在减速场滞留时间比较长。因此，电子注动能有一部分转化为微波场的能量，从而使微波信号
得到放大。在同步条件下，电子注与行进的微波场的这种相互作用沿著整个慢波电路连续进行。这是
行波管与速调管在原理上的根本区别。 电子q 行波管常用的电子q有皮尔斯平行流q、皮
尔斯会聚q、高导流系数电子q、阳控电子q、栅控电子q、无截获栅控电子q(图2 无截获栅控电子
q原理图 )、低噪声电子q等。 以脉冲方式工作的行波管可以采用控制阴极电压的方法来
实现对电子注的调制，称为阴控。阴控需要配备大功率调制器，设备笨重、复杂，而且耗电量大。用
附加调制阳极对电子注进行控制，称为阳控。阳控所需脉冲电压也比较高。在阴极与阳极之间装一个
控制栅便构成栅控电子q。在这种情况下，仅用较低的脉冲电压即可对电子注进行控制，因而能减小
调制器体积、重量和耗电量。 在栅控电子q中，控制栅约截获电子注电流的10％。当行波
管电子注功率较大时，控制栅耗散功率增大，致使栅极温度升高、栅极电子发射增加、栅网变形甚至
烧毁。为了解决这个问题，可以采用无截获栅控电子q。无截获栅控电子q是在控制栅与阴极之间设
置阴影栅，阴影栅与阴极同电位，结构上与控制栅精确对准，从而使控制栅的截获电流下降到总电流
的千分之一以下。采用无截获栅控电子q不仅能提高栅控行波管的平均功率容量，而且能降低调制器
的功率。 聚焦系统 行波管中常用的聚焦方法是均匀永磁聚焦、倒向场聚焦、周期永磁聚焦
和均匀电磁聚焦(见强流电子光学)。 慢波电路 电子注的直流速度决定於行波管的工作电压
。行波管工作电压为2.5千伏时，电子注直流速度约为自由空间电磁波速度(即光速)的10％；工作电压
为50千伏时，电子注直流速度约为自由空间电磁波速度的40％。为了使电子注同微波场产生有效的相
互作用，微波场的相速应略低於上述电子注的直流速度。因此，行波管中微波场的相速应显著低於自
由空间中电磁波传播速度。慢波电路就是减小微波场相速的装置。 在选定的工作模式下，
慢波电路主要的特性和参量有色散特性、耦合阻抗等。色散特性表示在慢波电路中传播的微波场的相
速随频率变化的关系。用於宽频带行波管的慢波电路，在频带宽度内相速随频率的变化应尽量小，即
色散较弱。这样才能在整个频带宽度内保证电子注与微波场相速之间的同步。耦合阻抗是表示电子注
与微波场相互作用强弱的一个参量。耦合阻抗的量值越大，微波场与电子注的耦合越强，电子注与微
波场之间的能量交换越充分。此外，在实际应用和生产中还要求慢波电路机械强度高、散热性能好、
结构简单、易於加工。 行波管常用的慢波电路有两类：螺旋线型电路和耦合腔型电路(图3
行波管中常用的慢波电路 )。螺旋线型慢波电路包括螺旋线、环杆线、环圈线等。螺旋线(图3a 行波
管中常用的慢波电路 )结构简单、色散弱，因而频带宽，缺点是散热能力差，工作电压高时易产生返
波振荡。螺旋线多用於宽频带、中小功率行波管，工作带宽可达100％以上，I波段(8～10吉赫)、J波
段(10～20吉赫)的螺旋线行波管脉冲功率已达10千瓦。环杆线(图3b 行波管中常用的慢波电路 )同螺
旋线相比，耦合阻抗高、散热能力强、机械强度好、不易发生返波振荡，但色散较强。环杆线工作电
压在10～30千伏，频带宽度为15％～20％，广泛用於中功率行波管。环圈线(图3c 行波管中常用的慢
波电路 )抑制返波振荡的性能较好，也已得到应用。 耦合腔型慢波电路包括休斯电路(图3d
行波管中常用的慢波电路 )、三叶草电路(图3e 行波管中常用的慢波电路 )等。它们的特点是机械强
度高、散热能力强，适用於大功率行波管，但频带宽度比较窄。采用休斯电路的行波管，脉冲功率在1
至几百千瓦，频带宽度约10％。脉冲功率在500千瓦以上的行波管，多采用三叶草电路。此外，行波管
中采用的慢波电路还有交*指型慢波线(亦用於O型返波管)、曲折线、卡普线等。 集中衰减
器 输入、输出能量耦合器与慢波电路之间和慢波电路各部分之间，都应有良好的阻抗匹配。匹配不佳
会造成电磁波反射。反射波引起反馈，会导致行波管内出现寄生振荡。为避免这种振荡，须在慢波电
路的一定位置上设置集中衰减器。集中衰减器由损耗涂层或损耗陶瓷片构成。在集中衰减器处，反射
波被吸收，可达到消除反馈抑制振荡的目的。虽然在集中衰减器中工作模式的微波场同样也受到衰减
，但电子注内业已形成的密度调制将在下一段电路中重新建立起微波场。 收集极 电子注在
完成同微波场的相互作用后从慢波电路射出，最后打在收集极上。为了提高行波管的总效率，可以采
用降压收集极。 行波管的应用 脉冲行波管用於地面固定和移动式雷达、机载火控雷达、电
子对抗设备等。脉冲功率在10千瓦至4兆瓦的行波管，频带宽度为8％～30％；脉冲功率为5千瓦者，频
带宽度可达67％；脉冲功率为1千瓦者，频带宽度可达 100％以上。大功率连续波行波管多用於卫星通
信地球站，在10吉赫下输出功率可达14千瓦，38吉赫下达 1千瓦。多模行波管用於电子对抗系统，可
在多种脉冲状态和连续波状态下工作。多模行波管的脉升比(脉冲功率/连续波功率)为3～12分贝。印
制行波管和小型行波管体积小、重量轻、成本低，适合於用量大的场合，如相控阵雷达。空间行波管
是空间应用的专用管型，特点是可靠性高、寿命长和效率高。通信卫星和电视直播卫星大多数采用行
波管作发射管，寿命可达10年以上。 O型返波管 在行波管中，沿慢波电路传输的能量流的
方向与电子运动方向相同，所以行波管是一种前向波放大管。在返波管中，沿慢波电路传输的能量流
的方向与电子运动方向相反。返波管有O型返波管和M型返波管两大类。O型返波管又可按工作状态分成
振荡管、放大管和变频管三种，但仅有返波振荡管获得广泛应用。因此，返波管通常指返波振荡管。O
型返波振荡管的电子调谐范围大，可达67％以上，其最高工作频率可达1250吉赫，它是传统微波管中
能达到亚毫米波段的实用器件。O型返波振荡管用於信号源、小功率振荡器。
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