超高频电子管

《超高频电子管》是高等学校教材，由袁榘旛编著，人民教育出版社1961年10月第1版、1984年4月北京印。据序言，本书是无线电物理与电子物理专业的专业课教材，原稿为作者讲授“超高频电子管”课程所用的教学讲义，取材和内容组织安排都从适宜于课程教学应用出发。本书主要参考和引用了B.Ф.科瓦连科《超高频电子学引论》、M.B.列别捷夫《超高频电真空器件》、С.И.Бичков《Магнетронные передатчики》、В.Н.Шевчик《Основы электроники сверхвысоких частот》、A.E.Harrison《Klystron tubes》等著作。全书着重于超高频电子管内基本物理过程的分析及其工作原理的叙述，同时也简略叙述几种主要电子管的结构和应用等实际问题。序言指出，超高频波段是近代无线电技术中一个应用最广泛、发展最迅速而又有着广阔发展前景的新领域；随着超高频技术以及近代物理学和工程技术的迅速发展，最近二三十年来对于超高频振荡的产生与放大无论在理论和实验方面都获得了很大进展，出现了一系列特殊结构以及在原理上是新颖的超高频电子管，超高频电子学已经成为整个无线电电子学领域中一门十分重要的学科。本课程的目的在于使学生具备超高频电子学的基础理论知识，掌握超高频率下电子管内的基本物理过程和几种主要超高频管的工作原理。全书共分五章：第一章为超高频电子学基础，主要叙述超高频率下二极管内的电子运动规律以及电子流与场的能量相互作用的一般问题，为以后分别讨论几种具体的超高频电子管作一个理论上的准备；第二、三、四章分别叙述速调管、磁控管以及行波管等几种主要类型的超高频管；最后第五章则简单地介绍了几种新型的超高频电子管。全部内容讲授时数约在50学时左右。本书内容不包括建立在普通静电控制原理基础上的超高频三极管与四极管，其他超高频电真空器件如超高频气体放电开关管等也不列入本课程讲授范围；书中所讨论的几种超高频电子管的更为详尽的具体结构以及其设计、计算等问题将在有关的专门化课程中讲授。学生学习本课程之前应先具备波导、谐振腔等有关超高频技术的基础知识。目录显示，全书由序言、绪论、第一章超高频电子学基础、第二章速调管、第三章磁控管、第四章行波管、第五章几种新型的超高频电子器件组成。第一章包括超高频率下二极管内的电子过程、二极管中的感应电流、超高频率下阴极的电子发射、电子流和场的能量相互作用、电子流的静电控制、电子流的内部动态控制与正栅三极管中的振荡、电子流的外部动态控制与速度调制方法、大渡越角时的电子导纳等；第二章包括双腔速调管中电子流的群聚、双腔速调管的电子效率及放大系数、负载特性及典型结构与参量、多腔放大速调管、反射速调管中电子流的群聚、反射速调管振荡的自激、输出功率及效率、电子调谐及电子迟滞特性、负载特性及调制、应用及其典型结构与参量；第三章包括静态磁控管中电子的运动、磁控管振荡器的几种类型、多腔磁控管的振荡模式及电磁行波概念、磁控管中电子与高频场的相互作用、振荡激励条件、稳态振荡频率及模式分隔、效率及工作特性、应用及其典型结构与参量；第四章包括行波管工作的定性分析、慢波系统、直行波管的简单理论、自激振荡的抑止与行波管的噪声、返波管、“M”型直行波管及“M”型返波管、典型结构与参量；第五章包括超高频电子管的发展概况、几种新型超高频电子器件的简单介绍。绪论部分论述超高频技术的工作波长很短、在米波以下，即工作频率在超高频范围内的无线电技术，在近代无线电技术发展上意义重大；超高频波段在振荡产生、放大和有关传输、传播的基本物理特性及电路理论方面，以及实际应用的各种电路元件、量测方法等方面，都有别于普通低频率无线电技术；实际应用方面，除通信、军事国防上的电视、微波多路通信与散射通信、雷达、导航等之外，在原子能研究上应用的微波直线加速器、探测物质结构、宇宙空间研究等方面也起重要作用，并产生微波波谱学、射电天文学、无线电气象学等边缘学科；超高频技术首要问题是振荡的产生与放大；普通低频电子管在超高频波段应用遇到困难，原因一方面是从高频电路角度看普通电子管结构不宜，输出电极与玻壳结构及内部电极装置只考虑接入集中参数高频电路，超高频波段中回路尺寸与工作波长可比拟时应用集中参数电路不宜，辐射和其他损耗增加，管内极际电容和引线电感不可忽略；另一方面电子在管内电极间的渡越时间已大到可与高频振荡周期相比拟，普通收信放大管中约10^-9秒，低频下可忽略，数百到数千兆周时渡越时间与振荡周期同数量级甚至超过，电子“惯性”成为超高频下主要物理特征；解决第一个困难需建立空腔谐振器（谐振腔）代替集中参数振荡回路，并改变电子管电极结构，采用同轴线段或谐振腔作为振荡回路并改进电极及引线结构，橡实管、灯塔管、门钲式管、金属陶瓷管等是在普通电子管工作原理基础上改进结构的结果；解决第二个困难也可改进结构、减小电极间距离，但缩小极间距离工艺困难、输出功率降低，渡越时间有害影响仍不能消除，于是寻求原理新颖方法，不仅结构改进而且从根本上改变工作原理，使渡越时间不再是绝对有害因素而成为必不可少因素加以有效利用，速调管便是利用“外部动态控制”电子流原理的典型例子；从三十年代开始超高频电子学蓬勃发展，1935年A.A.阿尔辛也娃和O.海尔提出速度调制原理，后来在双腔速调管、反射速调管及多腔速调管中得到广泛发展；1940年苏联学者B.Ф.柯瓦连科发明反射速调管；1938—1940年间苏联工程师H.Ф.阿列克谢也夫和Д.E.马略罗夫首先制造多腔磁控管；1944—1946年间出现行波管、电子波管及返波管；近代超高频电子器件结构上最大特点直接应用波导及谐振腔等超高频技术元件，外电路与管子本身是一个整体，谐振腔成为超高频电子管不可分割的有机组成部分；超高频电子管在第二次世界大战期间因军事特别是雷达技术发展要求得到很快发展，1945年10厘米波脉冲振荡功率已达一兆瓦，效率40—60%，频率稳定度提高；战后因超高频技术应用领域扩展及雷达、导弹技术发展，对超高频电子管提出更高要求，出现行波管、返波管、电子波管等，在降低噪音、缩短波长及提高振荡功率方面取得成果，近代磁控管在10厘米波段脉冲输出功率可达5兆瓦，多腔速调管脉冲输出功率可达30兆瓦；还开拓利用高能电子束通过波导管、基于切伦科夫效应的利用高速电子在介质中运动直接产生电磁辐射、根据多普勒效应作成的“波荡器”、利用等离子区固有振荡获得厘米波及毫米波振荡、利用气体分子和固体中束缚电子在不同能级间跃迁产生电磁辐射（分子振荡器和固体量子放大器）等新途径；目前超高频电子管发展两个主要方向，在振荡发生方面是缩短波长及提高输出功率，在接收放大方面主要是增加频宽及降低噪声。第一章超高频电子学基础指出，超高频下的电子学问题服从物理学中电磁现象最普遍规律和一般力学运动规律，基本出发点是考虑有自由电荷存在时的麦克斯韦方程组和决定电子在电场与磁场中运动规律的动力学方程式；本章讨论超高频率下二极管中电子运动的基本物理过程，着重说明有别于普通低频电子管中的基本概念；§1-1讨论超高频率下二极管内的电子过程，包括电子渡越时间定义、平行平板电极直流加速电压下渡越时间计算、普通平面二极管渡越时间数量级约10^-9秒、空间电荷存在时渡越时间比无空间电荷时大1.5倍、圆柱形电极修正常数、初速情况、交变电压情况、直流电压和交变电压同时作用、小信号情况，以及电子渡越角概念和假想渡越角。本书反映了20世纪60年代中国高等学校超高频电子管课程教材的编写体系与教学内容，对研究超高频电子学教材史、电子管技术教育及中国电子技术教材建设具有参考价值。本次仅见前20页，后续内容待补。