真空电子管原理简介

真空电子管原理简介

高能点火气体放电管

高能点火气体放电管是根据气体放电原理制作的电子管，工作原理类似压敏器件，当放电管两端电压不高时，放电管呈高阻抗（≥10MΩ），当两端电压提高到击穿电压后，放电管内两电极间开始放电，且从辉光放电迅速转为弧光放电，放电管呈极低阻抗状况，管压降降至几十伏。当两端电压降至弧光放电维持电压以下后，放电停止，放电管又恢复到高阻抗状况。

高能点火气体放电管主要用于高能点火器作控制大能量的开关。高能点火器采用电容储能放电原理，首先将低压电源通过升压、整流后获得3000V左右直流高压向储能电容充电，利用气体放电管高压击穿特性作为控制开关元件，使电容上高压击穿放电管，快速对点火电嘴放电，产生脉冲电弧。高能点火气体放电管主要用于高能点火器,广泛应用于航空发动机、机载弹载发动机以及船舶、燃气燃油、锅炉等点火装置,石油化工、煤炭化工、天然气工程、冶金及环保等各种可燃性气体放空火炬装置。高能点火气体放电管的击穿性能将直接决定航空发动机点火系统的点火能量、点火频率，是发动机点火系统中不可缺少的关键器件。

磁控管

磁控管是一种用来产生微波能的电子管，其电原理是一个置于相互垂直的高压电场和恒定磁场中的二极管，管子内部保持高真空状态。它有一个圆筒形阴极，以及一个与之同轴的、环绕阴极的阳极，阳极由多个谐振腔组成谐振系统，起着高频振荡回路的作用，管内电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下，与高频电磁场发生相互作用，把从恒定电场中获得能量转变成微波能量，通过能量输出器把相互作用空间中所产生的微波能输送到负载上去，从而达到产生微波能的目的。

磁控管广泛用于导航、通讯、火控、测高、制导、气象等各种雷达以及电子对抗、工业加热、微波理疗及家用微波炉等领域。

速调管

大功率速调管是基于速度和密度调制原理将电子注动能转换成微波能量的微波电子管，由电子枪、高频互作用段、高频输入和输出系统、聚焦系统、收集极等部分组成。

速调管工作的主要物理过程有：

⑴电子注的产生、形成和聚焦

电子枪是由阴极和热子、电子注形成和控制电极-聚焦极及相应的电子枪绝缘支撑结构和导电引出结构、阳极和电子枪高压陶瓷外壳等部分组成。

由热阴极产生的电子在高电压的作用下获得动能，并形成一定形状的电子注（一般为圆柱形电子注），将电源的能量转化为电子注动能。电子注在聚焦磁场的作用下，分别间次通过漂移管及高频互作用空间，保持电子注不发散。聚焦磁场目前多采用电磁螺线管线圈方式。

⑵电子注与高频场系统的相互作用

速调管的高频互作用系统由输入谐振腔、多个中间谐振腔和漂移段（称为漂移管）、输出腔等部分组成。

电子注通过输入谐振腔的间隙时，在高频场的作用下，产生速度调制，即在高频周期的正半周通过谐振腔间隙的电子受到加速，速度会变快；负半周通过谐振腔间隙的电子受到减速，速度会变慢。受到速度调制的电子注通过一定长度的漂移段后，后期通过谐振腔间隙的快电子，就会逐步追上前期通过谐振腔间隙的慢电子，这样电子注中电子的分布疏密不均，电子注由速度调制产生了密度调制，电子发生了群聚效应。

密度调制电子注中包含有输入高频电场的基波和谐波分量，当它通过第二个谐振腔间隙时，将在谐振腔内激励起高频感应电流，并在谐振腔间隙上建立起比输入谐振腔更高的高频场。该高频场反过来对电子注产生更大的速度调制，从而在第二段漂移管内产生更强的密度调制。电子注通过多个中间谐振腔和漂移管时，重复上述速度调制和密度调制过程，到达输出腔入口时，形成高度群聚的电子注。

进入输出腔的群聚电子注中包含有很高的基波电流分量，当其通过输出腔间隙时，建立起很高的高频场，使电子注减速，将电子部分动能转换成高频微波能量，从而实现了高频微波信号的放大。

速调管作为微波功率放大器件，还包括高频输入系统和高频输出系统。输入微波信号通过微波传输线和输入窗从而激励输入谐振腔，在输入腔间隙建立高频场。在输出腔中产生的大功率微波通过输出窗和输出波导馈入输出负载系统。

⑶电子注能量的耗散和冷却

经过高频互作用区的电子注在收集极区发散，打到收集极内表面，将剩余动能转化成热能，通过冷却系统由冷却媒质带走。

⑷X射线的防护

由于大功率速调管的电压为几十至数百kV的高压，在电子枪区至收集极区会产生X射线，为此，在电子枪区的油缸、电磁螺线管线圈及收集极等部位均要考虑用铅罩来实现良好的屏蔽。

大功率速调管的功率水平是所有电子管中最高的，作为高功率、高增益、高效率电子管，在雷达、粒子加速器、电视、广播、通讯、聚变等离子体加热装置、微波能武器等领域得到广泛应用，特别是在高能物理和基本粒子研究用电子直线加速器、电子同步辐射加速器、正负电子对撞机直线注入段和新一代光源超高能加速器等领域的应用具有绝对优势，是加速器的心脏。。

铯束管

铯束管是铯原子频率标准-铯原子钟的心脏，是一种产生铯原子与微波相互作用，产生共振，从而起到鉴频作用的电子管。

1967年，第十三届国际计量会议，依据铯原子的振动通过了对秒的重新定义：“秒是铯Cs原子基态的两个超精细能级间跃迁辐射振荡9192631770周所持续的时间”。铯原子钟利用铯原子内部的电子在两个能级间跳跃时辐射出来的电磁波作为标准，去控制校准电子振荡器，进而控制钟的走动。这种钟的稳定程度很高，目前，最好的铯原子钟达到500万年才相差1秒。现在国际上，普遍采用铯原子钟的跃迁频率作为时间频率的标准，广泛使用在天文、大地测量和国防建设等各个领域中。

处于某一特定的超精细态的一束铯原子穿过一个振动电磁场，场的振动频率与原子超精细跃迁频率越接近，原子从电磁场吸收的能量就会越多，并因此而经历从原先的超精细态到另一态的跃迁。反馈回路可调节振动场的频率，直到所有原子均能跃迁。铯原子钟就是利用振动场的频率作为节拍器来产生时间脉冲。

将铯原子共振子置于原子钟内，需要测量其中一种的跃迁频率。通常是采用锁定晶体振荡器到铯原子的主要微波谐振来实现。

铯束管的工作过程是：在超高真空的铯束管内，铯原子在铯炉（铯源）中加热至汽化，喷出的铯原子经非均匀磁场A选态后，进入微波谐振腔，与输入的微波信号发生共振相互作用，产生能态跃迁，跃迁后的铯原子再次受非均匀偏转磁场B的作用后，进入检测器，铯原子轰击，形成电离，测量离子流就等于测量已发生跃迁的铯原子流的密度（强度）。当激励微波谐振腔的微波信号频率改变到等于跃迁频率时，获得了最佳感应跃迁，已发生跃迁的原

子束有最大强度。这样，在离子流为最大值时，发生了谐振。跃迁原子越多，检测器接收的铯原子数亦越多，信号也就越强。利用接收到的原子数的多少与外加微波频率的关系可以鉴别是否共振，从而起到鉴频作用。