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　　多腔磁控管是產(chǎn)生大功率超高頻振蕩的一種高效率微波電子管

。

　　現(xiàn)代實(shí)用磁控管的陽(yáng)極是由整塊金屬制成的圓柱體開有很多個(gè)諧振腔，中心是圓柱形陰極電子發(fā)射極

，在兩端安裝永磁磁極形成固定磁場(chǎng)；由圓柱形熱陰極發(fā)射的電子流受到陽(yáng)極與陰極間的電場(chǎng)和外加軸向恒定磁場(chǎng)的作用

，形成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡

，激勵(lì)諧振腔產(chǎn)生超高頻振蕩；其振蕩的能量一般用置于諧振腔內(nèi)部的耦合環(huán)經(jīng)過同軸線引出

；磁控管發(fā)生的脈沖功率可以高達(dá)10Mw

。主要用于雷達(dá)發(fā)射機(jī)、微波爐和其他大功率超高頻振蕩器

。

研發(fā)

QQ截圖20230109134203.png

　　1920年，AlbertHull于美國(guó)“通用電氣”發(fā)明了一種由數(shù)支管型陽(yáng)極環(huán)繞一個(gè)中心陰極的分瓣電極式“磁”控管/split-anodemagnetron

，只達(dá)到了30kHz

。

　　1921年，東普魯士人ErichHabann發(fā)明了使用兩端磁極形成固定內(nèi)部磁場(chǎng)的磁控管

，取代了Hull使用的電場(chǎng)電極

，雖只有等效2腔的設(shè)計(jì)并缺乏實(shí)用價(jià)值，但這是磁控管的關(guān)鍵

，首開了不依賴龐大的外加交變電磁場(chǎng)激勵(lì)裝置的自激振蕩

，由此實(shí)現(xiàn)了“磁”控

，使小體積高效率高頻率成為可能

，這也是后來Hollmann和Randall設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

　　1935年：A.L.Samuel于“貝爾實(shí)驗(yàn)室”開發(fā)出多腔磁控管的模型

。同年法國(guó)Gutton用磁控管產(chǎn)生16厘米波長(zhǎng)

，

　　1935年11月29日德國(guó)人H.E.Hollmann注冊(cè)了一項(xiàng)多腔磁控管專利，具備兩端磁極

，4腔結(jié)構(gòu)

，與當(dāng)今磁控管已極為接近

。但當(dāng)時(shí)德國(guó)在二戰(zhàn)前傾國(guó)家資源的10年雷達(dá)研究中

，除常規(guī)的真空三極管震蕩器雷達(dá)外，于1934年選擇“調(diào)速管/Klystron”用于雷達(dá)

，較前者功率密度更高

，較后來的磁控管功率密度低卻更容易穩(wěn)定頻率。并于1939年制成實(shí)用的FuMG39“維爾茨堡/Würzburg”-A雷達(dá)

，頻率560MHz

，脈沖功率7-11千瓦

，設(shè)備連天線全重1.5噸

，初始設(shè)計(jì)配合88毫米高射炮使用

，架在4輪拖車上一同機(jī)動(dòng)，亦需展開后固定使用

，累計(jì)制造了約4000部

；第三帝國(guó)總理希特勒當(dāng)即參觀了這種雷達(dá)（此時(shí)還沒有配套的火控系統(tǒng)，雷達(dá)員只是用電波發(fā)現(xiàn)敵方戰(zhàn)機(jī)方位

，口述通知高炮兵后，后者仍需靠肉眼和光學(xué)測(cè)距鏡尋的并射擊）

。而Hollmann的磁控管設(shè)計(jì)當(dāng)時(shí)未得到足夠的資源將其專利實(shí)用化，后于1938年將全部專利公開

。同期德國(guó)空軍將調(diào)速管縮小后

，于1942年在夜間戰(zhàn)斗機(jī)上列裝FuG202“夜光石/Lichtenstein”機(jī)載雷達(dá)，頻率約500MHz

，功率只有450瓦

，重約55公斤。當(dāng)1943年2月2日

，德軍在荷蘭鹿特丹擊落一架英國(guó)空軍的斯特林轟炸機(jī)的殘骸中發(fā)現(xiàn)了磁控管雷達(dá)后

，才意識(shí)到其作用，并開始緊急研制

；雖然德國(guó)知道磁控管的原理，開發(fā)實(shí)用雷達(dá)仍有大量工作

，F(xiàn)uG224“柏林”雷達(dá)終于1944年后期完成

，頻率3.3GHz，脈沖功率10千瓦

，來得太晚也太少

。

　　1936年蘇聯(lián)的Aleksereff和Malearoff根據(jù)查到的資料制成一只能實(shí)際運(yùn)行的磁控管。達(dá)到了300瓦功率

，3GHz頻率

，10cm波長(zhǎng)。蘇聯(lián)的雷達(dá)主要參照德國(guó)雷達(dá)采用“反射式調(diào)速管/Reflex-Klystrons”也沒有將磁控管實(shí)用化

，且頻率較低在200MHz

；同樣首先用于陸軍，“縮小”后亦于1942年裝在PetljakowPe-2大型夜戰(zhàn)機(jī)上

。蘇聯(lián)紅海軍在戰(zhàn)爭(zhēng)中缺乏施展的余地

，處于次要地位

，不過海軍士兵上岸步戰(zhàn)變?yōu)椤昂谒郎瘛卑l(fā)揮了出人意料的戰(zhàn)斗力

。

　　1940年哈利·布特和約翰·藍(lán)道爾JohnRandall于英國(guó)“伯明翰大學(xué)”

，在Hollmann的基礎(chǔ)上，將4腔改為6腔

，并在外壁增加水冷設(shè)施

，成功達(dá)到了數(shù)千瓦的脈沖功率，3GHz頻率

，10cm波長(zhǎng)（蘭道爾此前已經(jīng)研究磁控管多年

，但他本人最初的牛角形設(shè)計(jì)，仍采用沿軸分布的多個(gè)環(huán)形線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)

，而非Habann首先采用的兩端永磁磁極誘發(fā)交變磁場(chǎng)

，是另一種實(shí)用性不強(qiáng)的式樣）

；功率的增強(qiáng)使其具備了用作雷達(dá)的實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)

。而英國(guó)在二戰(zhàn)前傾國(guó)家資源的10年雷達(dá)研究中，選擇使用大量的傳統(tǒng)水冷真空雙三極管震蕩電路通過相陣天線疊加增強(qiáng)和掃描的“短波雷達(dá)”技術(shù)

，振蕩器頻率30MHz

，在全英構(gòu)筑了被稱為“鏈屋/ChainHome”的龐大天線陣，整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)需依賴大型天線

，不可移動(dòng)

，在1940年的不列顛空戰(zhàn)時(shí)發(fā)揮了極大作用。同期的英國(guó)海軍的艦載雷達(dá)也使用真空三極管震蕩器

，1938年Type79radar研制成功，1940年改良為Type279并立即裝上了“胡德號(hào)/HMShood”等英國(guó)大型戰(zhàn)列艦

，頻率40MHz

，疊加功率70千瓦。

　　美國(guó)自1936年10月開始研制雷達(dá)

，主要參照英國(guó)短波雷達(dá)

，使用水冷真空雙三極管振蕩器達(dá)到更高頻率約200MHz；1938年海軍試制了XAF雷達(dá)

，并搬上戰(zhàn)列艦“紐約號(hào)”試用

，XAF雷達(dá)不太可靠，后被更專業(yè)的美國(guó)無線電公司RCA研制的XCAM雷達(dá)取代

；XCAM雷達(dá)在改良的同時(shí)也出了陸軍版本，1940年陸軍擁有了SCR-268radar

，頻率205MHz

，疊加功率50千瓦

，1941年12月其改良型SCR-270在珍珠港的奧帕納山頭上發(fā)現(xiàn)了來襲的日機(jī)。1940年敦刻爾克大撤退

，盟軍丟失了近乎所有的在歐洲的重型裝備

，英國(guó)此時(shí)戰(zhàn)爭(zhēng)資源已捉襟見肘；大英帝國(guó)首相丘吉爾知道英國(guó)已無力再開發(fā)磁控管雷達(dá)

，令亨利·蒂澤德HenryThomasTizard爵士實(shí)施“蒂澤德行動(dòng)/TizardMission”

，將磁控管雷達(dá)技術(shù)交給美國(guó)繼續(xù)開發(fā)；由此“藍(lán)道爾”將其設(shè)計(jì)帶到美國(guó)

，成為美國(guó)微波雷達(dá)之父，從而使得大戰(zhàn)中美國(guó)的分米波雷達(dá)技術(shù)突飛猛進(jìn)

，雖然在最初講解時(shí)

，沒有人能明白這位英國(guó)人在用英語(yǔ)說什么。蘭道爾的設(shè)計(jì)于1年后在美國(guó)完成并小批量生產(chǎn)

，由此脈沖功率10千瓦級(jí)別的雷達(dá)系統(tǒng)終于縮小并減輕至100公斤以下，比德國(guó)的同功率級(jí)FuMG39“維爾茨堡/Würzburg”-A雷達(dá)輕了1個(gè)數(shù)量級(jí)

，不過因波長(zhǎng)過于接近水分子的諧振頻率2.45GHz會(huì)受雨

、雪、霧的影響

；2年后改良后開始大批量制造

，又作為援助物資提供給盟軍各國(guó)包括英國(guó)

。

　　同期曾在德國(guó)獲得博士學(xué)位的日本人“伊藤庸二”在地球另一端進(jìn)行對(duì)磁控管和雷達(dá)的研究

，1941年10月制成了日本的第一支實(shí)用磁控管，水冷

，頻率3GHz

，最初脈沖功率500瓦，后逐步穩(wěn)定在2千瓦

。但1941年日本從德國(guó)獲得了機(jī)載調(diào)速管雷達(dá)

，少量裝在九六式陸上攻擊機(jī)上用于太平洋反潛；日本海

、陸軍的雷達(dá)根據(jù)各種途徑獲得的資料參照英國(guó)短波雷達(dá)開發(fā)，起步更晚

，頻率40MHz至100MHz

，以致1944年10月的萊特灣海戰(zhàn)中還主要依賴探照燈夜戰(zhàn)；由此伊藤的磁控管也未實(shí)用化

。

　　而McLaughlin聲稱“蘇聯(lián)卻于40年代出版的刊物上聲稱兩名蘇聯(lián)學(xué)者先于1936年制成了多腔磁控管

，以將它的發(fā)明歸功于自己名下（其類似的主張?jiān)陲w機(jī)

，無線電等多項(xiàng)榮譽(yù)中屢見不鮮），卻無法掩蓋大戰(zhàn)中蘇聯(lián)雷達(dá)與無線電技術(shù)落后

，成為各交戰(zhàn)國(guó)中唯一在二戰(zhàn)時(shí)往夜間戰(zhàn)斗機(jī)上裝米波雷達(dá)國(guó)家以及其戰(zhàn)列艦還要裝英國(guó)的艦載雷達(dá)的事實(shí)

。”

原理

　　借由相互垂直的磁場(chǎng)和電場(chǎng)形成的高頻電磁場(chǎng)

，電子與高頻電磁場(chǎng)發(fā)生相互作用，產(chǎn)生微波能

。電子從位于中心的陰極射出,被勞倫茲力誘導(dǎo)呈現(xiàn)螺旋運(yùn)動(dòng),在其運(yùn)動(dòng)路徑被施加電場(chǎng)做震蕩,產(chǎn)生高頻輻射

。

應(yīng)用

雷達(dá)

　　主條目：雷達(dá)

　　在一個(gè)雷達(dá)裝置中，磁控管的波導(dǎo)被連接到天線

。磁控管被施加電壓的極短脈沖操作

，導(dǎo)致高功率微波能量的短脈沖被輻射。如在所有主雷達(dá)系統(tǒng)中

，輻射反射離開一個(gè)目標(biāo)被分析以產(chǎn)生一個(gè)屏幕上的雷達(dá)圖像yo

。

加熱

　　在微波爐中，波導(dǎo)引出的射頻透明端口到烹飪室中

。

照明

　　在微波激發(fā)照明系統(tǒng)，比如微波硫燈

，一個(gè)磁控管提供一個(gè)微波場(chǎng)通過波導(dǎo)傳遞到包含有發(fā)光物質(zhì)（例如

，硫，金屬鹵化物等）的照明腔

。這些燈比照明的其它方法要復(fù)雜得多

，雖然高效但不常用。

關(guān)于多腔磁控管

，小編為大家就分享這些

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