多腔磁控管

　　多腔磁控管是產生大功率超高頻振蕩的一種高效率微波電子管。

　　現代實用磁控管的陽極是由整塊金屬制成的圓柱體開有很多個諧振腔，中心是圓柱形陰極電子發射極，在兩端安裝永磁磁極形成固定磁場；由圓柱形熱陰極發射的電子流受到陽極與陰極間的電場和外加軸向恒定磁場的作用，形成復雜的運動軌跡，激勵諧振腔產生超高頻振蕩；其振蕩的能量一般用置于諧振腔內部的耦合環經過同軸線引出；磁控管發生的脈沖功率可以高達10Mw。主要用于雷達發射機、微波爐和其他大功率超高頻振蕩器。

研發

　　1920年，AlbertHull于美國“通用電氣”發明了一種由數支管型陽極環繞一個中心陰極的分瓣電極式“磁”控管/split-anodemagnetron，只達到了30kHz。

　　1921年，東普魯士人ErichHabann發明了使用兩端磁極形成固定內部磁場的磁控管，取代了Hull使用的電場電極，雖只有等效2腔的設計并缺乏實用價值，但這是磁控管的關鍵，首開了不依賴龐大的外加交變電磁場激勵裝置的自激振蕩，由此實現了“磁”控，使小體積高效率高頻率成為可能，這也是后來Hollmann和Randall設計的基礎。

　　1935年：A.L.Samuel于“貝爾實驗室”開發出多腔磁控管的模型。同年法國Gutton用磁控管產生16厘米波長，

　　1935年11月29日德國人H.E.Hollmann注冊了一項多腔磁控管專利，具備兩端磁極，4腔結構，與當今磁控管已極為接近。但當時德國在二戰前傾國家資源的10年雷達研究中，除常規的真空三極管震蕩器雷達外，于1934年選擇“調速管/Klystron”用于雷達，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定頻率。并于1939年制成實用的FuMG39“維爾茨堡/Würzburg”-A雷達，頻率560MHz，脈沖功率7-11千瓦，設備連天線全重1.5噸，初始設計配合88毫米高射炮使用，架在4輪拖車上一同機動，亦需展開后固定使用，累計制造了約4000部；第三帝國總理希特勒當即參觀了這種雷達（此時還沒有配套的火控系統，雷達員只是用電波發現敵方戰機方位，口述通知高炮兵后，后者仍需靠肉眼和光學測距鏡尋的并射擊）。而Hollmann的磁控管設計當時未得到足夠的資源將其專利實用化，后于1938年將全部專利公開。同期德國空軍將調速管縮小后，于1942年在夜間戰斗機上列裝FuG202“夜光石/Lichtenstein”機載雷達，頻率約500MHz，功率只有450瓦，重約55公斤。當1943年2月2日，德軍在荷蘭鹿特丹擊落一架英國空軍的斯特林轟炸機的殘骸中發現了磁控管雷達后，才意識到其作用，并開始緊急研制；雖然德國知道磁控管的原理，開發實用雷達仍有大量工作，FuG224“柏林”雷達終于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年蘇聯的Aleksereff和Malearoff根據查到的資料制成一只能實際運行的磁控管。達到了300瓦功率，3GHz頻率，10cm波長。蘇聯的雷達主要參照德國雷達采用“反射式調速管/Reflex-Klystrons”也沒有將磁控管實用化，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大型夜戰機上。蘇聯紅海軍在戰爭中缺乏施展的余地，處于次要地位，不過海軍士兵上岸步戰變為“黑死神”發揮了出人意料的戰斗力。

　　1940年哈利·布特和約翰·藍道爾JohnRandall于英國“伯明翰大學”，在Hollmann的基礎上，將4腔改為6腔，并在外壁增加水冷設施，成功達到了數千瓦的脈沖功率，3GHz頻率，10cm波長（蘭道爾此前已經研究磁控管多年，但他本人最初的牛角形設計，仍采用沿軸分布的多個環形線圈產生交變磁場，而非Habann首先采用的兩端永磁磁極誘發交變磁場，是另一種實用性不強的式樣）；功率的增強使其具備了用作雷達的實用標準。而英國在二戰前傾國家資源的10年雷達研究中，選擇使用大量的傳統水冷真空雙三極管震蕩電路通過相陣天線疊加增強和掃描的“短波雷達”技術，振蕩器頻率30MHz，在全英構筑了被稱為“鏈屋/ChainHome”的龐大天線陣，整個雷達系統需依賴大型天線，不可移動，在1940年的不列顛空戰時發揮了極大作用。同期的英國海軍的艦載雷達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/HMShood”等英國大型戰列艦，頻率40MHz，疊加功率70千瓦。

　　美國自1936年10月開始研制雷達，主要參照英國短波雷達，使用水冷真空雙三極管振蕩器達到更高頻率約200MHz；1938年海軍試制了XAF雷達，并搬上戰列艦“紐約號”試用，XAF雷達不太可靠，后被更專業的美國無線電公司RCA研制的XCAM雷達取代；XCAM雷達在改良的同時也出了陸軍版本，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現了來襲的日機。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，英國此時戰爭資源已捉襟見肘；大英帝國首相丘吉爾知道英國已無力再開發磁控管雷達，令亨利·蒂澤德HenryThomasTizard爵士實施“蒂澤德行動/TizardMission”，將磁控管雷達技術交給美國繼續開發；由此“藍道爾”將其設計帶到美國，成為美國微波雷達之父，從而使得大戰中美國的分米波雷達技術突飛猛進，雖然在最初講解時，沒有人能明白這位英國人在用英語說什么。蘭道爾的設計于1年后在美國完成并小批量生產，由此脈沖功率10千瓦級別的雷達系統終于縮小并減輕至100公斤以下，比德國的同功率級FuMG39“維爾茨堡/Würzburg”-A雷達輕了1個數量級，不過因波長過于接近水分子的諧振頻率2.45GHz會受雨、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包括英國。

　　同期曾在德國獲得博士學位的日本人“伊藤庸二”在地球另一端進行對磁控管和雷達的研究，1941年10月制成了日本的第一支實用磁控管，水冷，頻率3GHz，最初脈沖功率500瓦，后逐步穩定在2千瓦。但1941年日本從德國獲得了機載調速管雷達，少量裝在九六式陸上攻擊機上用于太平洋反潛；日本海、陸軍的雷達根據各種途徑獲得的資料參照英國短波雷達開發，起步更晚，頻率40MHz至100MHz，以致1944年10月的萊特灣海戰中還主要依賴探照燈夜戰；由此伊藤的磁控管也未實用化。

　　而McLaughlin聲稱“蘇聯卻于40年代出版的刊物上聲稱兩名蘇聯學者先于1936年制成了多腔磁控管，以將它的發明歸功于自己名下（其類似的主張在飛機，無線電等多項榮譽中屢見不鮮），卻無法掩蓋大戰中蘇聯雷達與無線電技術落后，成為各交戰國中唯一在二戰時往夜間戰斗機上裝米波雷達國家以及其戰列艦還要裝英國的艦載雷達的事實。”

原理

　　借由相互垂直的磁場和電場形成的高頻電磁場，電子與高頻電磁場發生相互作用，產生微波能。電子從位于中心的陰極射出,被勞倫茲力誘導呈現螺旋運動,在其運動路徑被施加電場做震蕩,產生高頻輻射。

應用

雷達

　　主條目：雷達

　　在一個雷達裝置中，磁控管的波導被連接到天線。磁控管被施加電壓的極短脈沖操作，導致高功率微波能量的短脈沖被輻射。如在所有主雷達系統中，輻射反射離開一個目標被分析以產生一個屏幕上的雷達圖像yo。

加熱

　　在微波爐中，波導引出的射頻透明端口到烹飪室中。

照明

　　在微波激發照明系統，比如微波硫燈，一個磁控管提供一個微波場通過波導傳遞到包含有發光物質（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雜得多，雖然高效但不常用。

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