几种超高频电子管

超高频波段包括“超短波”和“微波”。通常我们把波长1米～10米的米波（频率30～300兆赫）称为“超短波”，波长短于1米的（频率高于300兆赫的）叫做“微波”。

普通结构的电子管由于极间电容、引线电感以及电子惯性的影响，不能使用于超高频波段。例如普通大管脚的电子管（如“南京”牌电子管），它们的极间电容和引线电感比较大，其工作频率一般都在30兆赫以下。

要提高普通电子管的工作频率，就必须在结构上进行一些根本的改革。本文介绍的几种超高频电子管，就是在普通电子管的结构上进行了某些改革的。

在波长大于1米的“米波”波段，由于高频电压变化还不算太快，电子仍然来得及把栅极上的高频电压变化情况反应到屏极上。因而在此波段内工作的电子管，可以忽略电子惯性的影响，只要尽可能地降低极间电容和引线电感就可以在一定范围内提高它的工作频率。

为了减小极间电容，可以缩小各电极尺寸或增加电极之间的距离。但是，增加极间距离会使电子渡越时间增加，另外，电极尺寸缩小了，电极的温度将增加，不能通过较大的电流，又将使电子管的输出功率降低。因此，减小极间电容是有一定的限度的。要减小引线电感，电极引线就应该愈短愈粗才好。

这里介绍两种典型的用于米波波段的电子管。图1是接收用的小型双三极管6N3，常用在电视接收机中作超高频电压放大和变频级。图2是超短波发射用的束射双四极管FU－29，常用于米波发信机作功率输出级或在工业上作超高频振荡器，其额定功率为45瓦。

这两种电子管的特点是电极尺寸较小，因而极间电容很小。并且取消了在一般电子管中所用的大管脚，电极引线直接从玻璃底部引出，这样不但因引线缩短而降低了引线电感，也减小了引线之间所造成的附加极间电容，使总的极间杂散电容降低。另外，电子管FU－29的屏极和第一栅极分别从玻璃管泡的上下两端引出，这就更进一步降低了屏、栅极间的电容C\(_{ag1}\)，有利于工作频率的提高。并且两四极管的屏极和栅极引线是平行的，便于和平衡的谐振回路相连接作为推挽放大器或推挽式振荡器。

采取了缩小电极尺寸和改进管底引线的措施后，电子管6N3的极间电容C\(_{ag}\)为1.3pf，Cak和C\(_{gk}\)分别为1.4和2.5pf，它的最高工作频率约为300兆赫。电子管FU－29的极间电容Cag1约为0.1pf，C\(_{ak}\)和Cg1k分别为7和15pf。此外，我们知道，四极管的帘栅极的高频电位必须与阴极的相同，使帘栅极更有效地起屏蔽作用，通常都是在实际电路中接入一只帘栅极旁路电容器来实现这个目的。在超高频工作时，为了使旁路的效果更好，在生产电子营时就在管内帘栅和阴极间装有一只云母电容器来代替。FU－29就在管内装有一只约100pf的帘栅极旁路电容（参见图2FU－29管脚接线图）。经过以上措施后，它的最高工作频率约为200兆赫。

为了把电子管的工作频率提高到波长短于1米而大于10厘米的“分米波”波段（频率300～3000兆赫），根据缩小电极尺寸和减小极间距离的设想，又导致了“橡实型”电子管的产生（图3）。这是一种最老式的用于分米波段的超高频管。由图3可以看出，它的屏极、栅极以及阴极等引线都分别从玻璃泡的不同方向引出。并且电极间的距离较小，缩短了电子的渡越时间。因此，这种电子管的最高工作频率约为1000兆赫。橡实管除了尺寸小和引线短以及极间距离小以外，在结构上并无重大改革，因此已被目前广泛采用的圆盘形电极的电子管所代替。

由于上述两种电子管仍然采用单根导线作为电极的引线，就不可能彻底消除引线电感。因此，人们想出了用金属圆柱和圆盘来代替引线，并直接把它作为电子管电极的办法，这是电子管的一个重要变革。因为盘形电极的引线电感实际上等于零，这样就比较彻底地解决了引线电感的问题。另外，在波长短于50厘米的分米波段（频率高于600兆赫）已不能再采用由电感和电容组成的普通谐振回路了，因为在这样高的频率时，这种回路的损耗很大，而且回路所要求的电感量很小，用一圈或半圈的线圈，电感量已经嫌太大了。这时就需要采用谐振线或同轴谐振腔的谐振系统。而把电极做成圆盘形也是为了便于和同轴谐振系统相连接。

灯塔管就是圆盘形电极电子管的一种。图4是这种电子管的外形和结构。灯塔管由三个圆盘形电极组成，电极之间的距离很近，栅阴极间距离从0.1到0.14毫米，屏栅极间距离从0.3到0.33毫米。屏极是实心的金属圆柱体。阴极是空心的金属圆柱体，里面装有发热用的灯丝。用玻璃管把这两个圆柱体上下相对地固定在栅极圆盘上。栅极是用钨丝编成的比屏极圆柱横截面积稍大的网子，并焊在一个金属圆盘的中央，形成一个中间有许多小孔的圆盘，用玻壳固定好以后，栅网就处在屏、阴极间的隙缝中。从阴极发射出来的电子必须穿越栅网并受它的电压变化的控制后才能到达屏极，于是屏流就出现随栅网上电压变动的交流成分，栅极起着和一般电子管相同的控制作用。

灯塔管的底部是一个带有玻璃底的金属圆柱形底枢。阴极和灯丝引线穿过这底枢与普通的八脚管座相联。屏极和栅极圆盘都延伸在玻璃之外，作为和外电路连接的导体环。这些导体环的电感实际上等于零。

从图4可看到，灯塔管具有两个阴极接头，即阴极的高频接头和直流接头。阴极空心圆柱体底部焊有一个金属圆盘，在这个盘与金属底枢的内壁之间放置一块云母片，于是就构成了一个按置在电子管内部的云母电容器。此电容即作为电子管与外电路连接时的隔直流电容器，它的等效电路如图5所示。当实际使用灯塔管时，通常都把它的屏极直接接地，而屏极在流高压是将电源的正极接地并把负极馈到阴极的直流接头来获得。由于该管内部已有阴极隔直流电容，就不必再用外部隔直流电容器而直接把谐振回路接到阴极的高频接头。这样就实际上消除了隔直流电容器的引线，免除其引线电感的影响，有利于提高工作频率。

由于灯塔管的极间距离很小，所以极间电容就增大。为了减小极间电容，必须减小圆柱形电极的横截面积，这就使得允许通过电极的电流降低。并且因为电极太近而使散热困难，因此这种管子的输出功率较小。典型的灯塔管2C40的主要数据如下：极间距离，d\(_{gk}\)=0.1毫米，dag=0.33毫米。极间电容，C\(_{ag}\)=1.3Pf，Cgk=2.1Pf，C\(_{ak}\)=0.05Pf。屏压250伏，跨导6毫安／伏，允许屏耗3.3瓦。频率为1500兆赫时的输出功率可达5瓦，最高工作频率为3000兆赫。灯塔管通常用于微波接收机中作本地振荡和放大器。

金属陶瓷管也是采用圆盘形电极的一种超高频电子管，其外形和结构如图6所示。它和灯塔管没有什么太大区别。所不同的是用高质量的陶瓷来代替玻璃进行封接，使介质损耗更小一些，并且陶瓷能耐高温和易于与金属焊接。在屏极出头上加装一个金属的散热器，以散发屏极热量，增加屏极允许的热耗。在陶瓷外面装有圆筒形金属外壳，作为电极的引出端。这种电子管的输出功率较灯塔管大，最高工作频率可达5000兆赫。通常用于微波发信机作振荡、混频和放大器。

为了适应人造卫星和导弹等的电子装置的需要，要求上天用的电子管具备体积小，耐高温、抗震以及在超高频下获得低噪声高增益等性能。最近发明的叠层式陶瓷管就是满足上述要求的一种新型超高频电子管。图7是这种管子的结构剖面图，其工作原理和灯塔管相同。但圆盘形电极使用能耐高温的钛制造，这种金属非常活泼，有极强的吸气作用。因而电子管内不必加入吸气剂。

由钛质电极和能耐高温以及机械强度很大的陶瓷按屏、栅、阴极顺序积叠而成的叠层电子管，它的结构十分精密，并能在高温与强烈振动下保持良好的性能。因此，叠层管的阴栅极间距离为15微米，屏阴极间距离为94微米。这样就大大地降低了电子惯性的影响，即使在很高的频率下，栅极仍能对电子进行有效的控制。这种管子已用于人造卫星通信中。（瑶琪）