行波管各部分功能介紹

行 波 管 結 構 類 似 陰 極 射 線 管 裝 置 ， 主 要 用 途 為 衛 星 通 訊(Satellite Communication) 、 電 子 反 制 作 戰 (ECM/Electronic Countermeasure) 、 雷 達 (radar)、遙測(Telemetry)等，隨製造結構的不同，可適用於寬頻或窄頻應 用，以下簡單介紹行波管各部分功能：

1. 電子槍(Electron Gun)：電子槍主要用來產生電子束，包含陰極、燈絲、

聚焦電極、控制柵極與陽極等結構，如圖 2-4 所示。陰極由熱游離材質 製成，藉由加熱後可產生電子游離，陰極的電位採用負電位。燈絲用來 加熱陰極，以維持電子游離所需之高溫，陰極表面加熱達游離溫度時，

可產生高密度之電子雲。當柵極加入相對於陰極之正電位時，電子束由 電子槍射出然後進入到作用段，以便和微波訊號進行能量轉移。另外，

聚焦電極可將電子聚焦成直徑甚小之電子束，避免電子束發散，而電子 束加速所需之電場，則由跨接於陽極與陰極之間的電壓來提供，陽極通 常為接地電位。

圖 2-4 電子槍結構圖 柵極接線

燈絲接線 陰極接線

散熱鰭片

陽極 聚焦電極

RF

Electron Beam

COUPLE CAVITY

2. 慢波結構(Slow Wave Structure, SWS)：行波管與陰極射線管最大不同的 地方在於其擁有慢波結構，提供電子束能量轉換為微波能量的媒介，隨 應用的不同，有不同的慢波結構，典型的結構為螺旋管型及耦合腔型，

圖 2-5 所示為螺旋管慢波結構圖，圖 2-6 所示為耦合腔慢波結構圖，耦 合 腔 型 因 可 利 用 水 冷 方 式 進 行 散 熱 ， 因 此 可 適 用 於 更 高 功 率 之 應 用 場 合。當微波進入作用段之後，受到慢波結構作用，其軸方向之速度會降 低，電子束將因微波極化之影響，產生週期性的加速與減速現象，在加 速場中的電子密度會變低，在減速場中的電子密度會增大。由於減速場 中電子速度變慢而將能量轉移給微波，微波接收了電子束之動能，場強 被 放 大 後 再 回 頭 影 響 到 電 子 束 的 加 減 速 ， 因 此 能 量 交 換 作 用 將 循 序 增 強，最後得以將微波訊號放大，其機制可由圖 2-7 電子束群聚機制來表 示。圖 2-8 則說明微波建立的特性。

圖 2-5 螺旋管慢波結構圖

圖 2-6 耦合腔慢波結構圖 HELIX

RF

Electron Beam

Electron

F F

Bunch RF

F F

圖 2-7 電子束群聚機制

圖 2-8 微波建立特性

Saturation

Distance Along

SWS RF Power

on SWS

RF in

Sever Region Uniform Gain

RF out Amplitude

Distance Along

SWS

3. 集極(Collector)：主要的作用為收集完成能量轉換後的電子束，通常集 極 電 位 以 陰 極 電 位 百 分 比 表 示 ， 且 級 數 愈 多 行 波 管 效 率 愈 高(但仍有其 限制)，因行波管效率低(螺旋管型的 15~40%；耦合腔型的 40~50%)，大 部份的能量均以熱能損耗於集極，所以集極必須要有良好的散熱。

4. 聚焦或柵極(Grid)：柵極的作用為控制陰極電子束發射與否。當柵極加 入相對於陰極之正電位(400~650V)時，電子束流通(Beam ON)，而當柵 極電位比陰極電位更負時(-500~-700V)，電子束截止(Beam OFF)。