摘要：大功率速调管由于其功率潜力无论是平均功率还是峰值功率，在微波电子管中占有极其重要的地位。作为高功率、高增益及高效率微波放大器件，在雷达系统、加速器、广播电视及通信、国防和军事等方面获得了广泛应用。
关键词：微波；高功率；高增益
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、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。（1）直射速调管：在结构上包括以下几部分:电子枪、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：双腔速调管仅有两个谐振腔，即输入腔和输出腔。由电子枪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。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)。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10%~12%。（2）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、反射极速调管和能量耦合器等部分。
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。针对速调管在工作当中的故障以及保养做出分析：
（1）离子泵电流过大：发射机在开机后，未上高压前，观看离子泵电流表的数值。因为这时只有离子泵电压和灯丝电压，可排除其它因素造成读数不准。如果离子泵电流指示大而且不回落，此时管子应该更换。但有的上机新管子离子泵电流大于20uA的，这时阴极处有磁铁，将磁铁去掉。如果继续增长(约10gA左右)，可判断管子坏了。管子由于老化漏气，造成管内充满气体，破坏了管子正常工作的条件。 高压线很脏也会使离子泵电流表头大于10g^。如果擦干净后还是很大，也说明管子漏气了。
（2）体电流过大：一般速调管的体电流小于50mA，当管子漏气或散焦，体电流到100mA左右，正常情况下保护电路会动作。造成体电流过大，大致有以下几种原因:(a)聚焦电流故障，造成电子束散焦;(b)激励过大，使速调管工作在饱和状态;(c)电流过大电子束变粗;(d)运输不当或安装位置不处于水平，速调管有些变形或不直;(e)励磁线圈不同心;(f)收集极或与其相连的器件触地，也会造成体电流过大。从上可看出，体电流过大不一定是管子坏了，应首先检查励磁电源、聚焦等外围电路，减小激励。收集极对地电阻应为5Q-7Q，零或太大都不合适，有时只要换上合适的电阻，故障即可排除，用不着换管子。 体电流大于100mA，管子的增益很低。如果保护电路有故障而失去保护作用，散焦的电子轰击管壁某处，使之温度升高，管子有灼烧的痕迹。
（3）注电流小：在正常的控制电压下注电流相对较小。刚开机时还大一些，随后越来越小。分析有两种情况:(1)灯丝电压过低，注电流就小。因电子被强行从阴极拉出，很容易将阴极拉坏，管子的注电流就下降;(2)管子使用寿命已超过厂家的标称值(使用维护得当，寿命可达几万小时)，阴极发射能力下降，增益低不能满足播出要求。
（4）一腔增益低：影机频响曲线中间凹陷，怎么也调整不好，增益降低。图像轮廓模糊，色彩不鲜。声机情况类似，也调不出理想频响曲线。在管子使用寿命到期后，性能会正常衰退，有时表现为一腔增益下降。但灯丝电压长期过高，阴极材料蒸发过猛，会使一腔陶瓷的绝缘层变成导电氧化物，污染了陶瓷壁，导致一腔Q值下降。后一种情况是可以避免的。刚使用的速调管灯丝电压为5V，工作600小时后，降低到4。盯再长期使用。因为海绵阴极钡激活以后，可以给出较高的放射能力。这时虽然灯丝电压降低了，但放射电流并不降低，还可以延长速调管的使用寿命。
（5）四腔耦合过轻：四腔耦合不能小于50度。如果耦合太轻，反电势会较强，将造成电子的二次回轰，四腔打火。打火时间长了，陶瓷易开裂漏气，将管子打坏。
（6）三腔谐振频率调进带内过多：要求三腔的谐振频率必须保持在通带高端，如果调进带内超出要求，速调管就会出现自激打火，开裂漏气。
（7）高整分压电阻断裂：高整分压电阻断裂，调制阳极电位变成低电位，注电流猛增，腔体过热。如果保护电路不灵，使管子打火过热，将其打坏。
（8）冷却不到位：速调管效率较低，在工作中需要散发大量热量。冷却水流、风量大小都应达到设备要求。如果冷却系统出现故障，水温太高，风量不足，电子枪的金属与陶瓷封接处表面温差超过限度，也会造成管子炸裂。
总结：以上仅上判断速调管寿命终了的几个方面，还有一些没有总结到。但有两点一定注意:一是保护电路小盒要定期检测，保证保护电路正常工作，这样有许多故障可避免发生，不致使管子损坏;二是要正确使用，合理维护，才能大大延长速调管的使用寿命。
论文作者:刘赟,吴坚,马源
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/7/30
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