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在真空管发射机的设计中，还有一个很重要的环节就是要正确选择和使用真空微波管。为了选好、用好微波管，下面将较详细地对一些常用真空微波管的工作原理、性能和特点进行介绍。
常用真空微波管主要分为两大类：一类是线性注管，另一类是正交场器件。
行波管和速调管都是线性电子注器件（简称线性注管），它们是由电子枪（包括灯丝、阴极、聚焦电极或阳极或控制栅极）、互作用结构（慢波结构或谐振腔）、收集极、电子注聚焦系统、射频（RF）输入和输出装置、外壳和封装等几部分组成的，它们的功能分别如下：
（1）电子枪是产生电子、形成并控制电子注流的装置，它由灯丝、阴极和控制电极等组成。其中灯丝是给阴极加热的；阴极是发射电子的；控制电极（含调制阳极、绝缘聚焦电极和控制栅极）是控制电子注通/断或改变电子注电流大小的。
（2）互作用结构是射频波和电子注相互作用并进行能量交换的场所。
（3）收集极用于收集互作用后的电子。
（4）电子注聚焦系统用于聚焦互作用的空间电子注，以获得尽可能高的电子通过率和尽可能小的管体电流。它可以是周期永磁聚焦（PPM）型，也可以是电磁聚焦型。
（5）射频输入和输出装置，分别为线性注管的射频输入和输出提供接口，它可以根据其功率的大小和频率的高低采用同轴接头或波导。
（6）外壳和封装即把处于真空的电子枪、互作用结构和收集极封装起来，使其保持足够高的真空度，以避免管内高压打火，从而维持阴极长寿命地工作。密封绝缘陶瓷是一种封装材料，它可以将电子枪、收集极和射频输入/输出装置支撑起来，以保护微波管和安装接口。
线性电子注管主要包括单注多腔速调管、行波管（TWT）和多注速调管三大类，它们的工作特点和结构形式各不相同，下面分别进行介绍。
单注多腔速调管的互作用电路由射频输入腔、漂移腔和射频输出腔组成，它的结构示意图如图2.1所示。单注多腔速调管的电子枪比行波管的电子枪简单，一般为二极管枪。高功率单注多腔速调管的聚焦系统采用电磁聚焦的居多，低功率、高频、窄带速调管也可采用周期永磁聚焦系统。
图2.1 单注多腔速调管的结构示意图
行波管的互作用电路由慢波电路（可分为螺旋线、环圈、环杆和耦合腔四种）构成。为了提高使用效率，其收集极可由多级降压收集极组成。图2.2（a）和图2.2（b）分别示出了螺旋线和耦合腔两类行波管的内部结构剖视图。
图2.2 两种类型行波管的内部结构剖视图
双模行波管的结构与栅控行波管相似，只不过它的栅极由内外两层栅极构成，它们分别控制着两种不同的输出功率模式。图2.3为双模行波管电子枪结构示意图。
多注速调管和行波管的聚焦系统采用周期永磁聚焦结构的居多，但对于体积大、功率高的管子则采用电磁聚焦结构。
多注速调管的电子枪多为带控制电极的电子枪，其电子注可多达6~36个，它的互作用电路与单注速调管一样仍由输入腔、谐振腔、漂移腔和输出腔组成，但它们为多个电子注所共用，其结构较复杂，图2.4为多注速调管内部结构示意图。
图2.3 双模行波管电子枪结构示意图
图2.4 多注速调管内部结构示意图
在多注速调管中，每个电子注有一个对应的阴极和电子注通道，公共的控制电极、输入腔、漂移腔和输出腔在每个对应的电子注处都有通孔，以便让电子注通过并形成与射频场互作用的过程。每个腔与通孔相交处都有与单注速调管一样的腔体间隙，以便在间隙处形成高频电场。
正交场器件由阴极、阳极、射频输入和输出（磁控管只有输出）装置以及磁钢组成。
正交场器件多为二极管器件，它由发射电子的阴极和用做谐振腔或慢波结构的阳极组成。其中，阴极分热阴极和冷阴极两种，通常采用分布发射的圆柱形结构，置于管子的中心。阳极在阴极的外边，其轴线与阴极轴线同心。
在正交场器件中，磁控管的历史最悠久，使用也最广泛，但是由于它是振荡器，其输出信号稳定度较差，因此现代雷达中已经很少使用了；而正交场放大器（CFA）中的前向波管因性能好，所以用得较多。
磁控管主要有普通磁控管和同轴磁控管两种，它们的内部结构示意图如图2.5所示。
图2.5 两种常用磁控管的内部结构
现代雷达中常用的前向波管有两种，一种为阴极调制结构，另一种是直流运用结构。直流运用结构的前向波管是由射频激励启动产生射频放大，射频脉冲结束时由熄灭脉冲关断而终止工作。它的控制电极是将阴极分离一部分出来，使它与阴极绝缘而构成。当其在脉冲放大期间，使它与阴极同电位，并在脉冲结束时在其上加一个相对于阴极为正的脉冲，便可以将阴极附近的剩余电子消除而终止放大。直流运用结构的前向波管的结构示意图如图2.6所示。
图2.6 直流运用结构的前向波管的结构示意图
真空微波管工作区内的伏安特性基本相似，其电压与电流的关系都遵循式（2.1）的3/2次方规律，只不过不同的管种，其导流系数和可稳定工作的动态范围不同而已。
（2.1）
式（2.1）中， I 为通过微波管的阴极电流，单位为A； ρ e 为导流系数，单位为μP； U 为加在微波管阴极上的电压，单位为V。
微波管导流系数的取值，受阴极电流发射密度、阴极面积、阴极寿命和阴极电压等因素的制约。对不同的管种和不同的使用目的，微波管导流系数的取值是不同的。为了获得一定的功率，在设计时常在高导流系数/低电压与低导流系数/高电压间进行反复权衡后折中取值，低导流系数/高电压模式与高导流系数/低电压模式间的比较如表2.1所示。
表2.1 低导流系数/高电压模式与高导流系数/低电压模式间的比较
由于行波管的阴极表面较小，工作电压较低，为了获得较高的使用寿命，其导流系数一般在0.5~2μP之间取值，如长寿命的卫星行波管，其导流系数仅在0.6μP左右；速调管的导流系数通常也在0.5~2μP之间取值。为了扩展工作带宽、降低工作电压，通常采用较高的导流系数，其值可高达2~3μP；多注速调管靠多个电子注并联工作，虽然每个电子注的导流系数并不高（一般在0.5~1μP之间取值），但总的导流系数却很高，其值可达20~30μP，所以多注速调管的注电压可以很低；正交场器件常选用分布发射式阴极，其阴极表面很大，有较大的电流发射能力，因此在工作区内，其导流系数可比单注线性电子注管大得多，其值可达5~10μP。
在线性电子注器件中，按照式（2.1）所产生的电子注电流，在无射频信号激励时，99％的电子以略低于光速的速度直达收集极，在收集极上转变为热能。当把适合于微波管工作频率和功率要求的射频信号加入微波管的输入端时，微波管内的电子注受激与射频场产生互作用过程，并使射频波得以放大。不同的微波管，其互作用过程是不相同的，下面就不同行波管和速调管的工作原理分别给予说明。
行波管是一种使用范围广和工作频率范围宽的中、大功率放大器件。根据行波管慢波结构的不同，可将它分为螺旋线行波管、环杆行波管或环圈行波管、耦合腔行波管等数种；若按功能划分，则可将行波管分为宽带行波管、大功率行波管、双模行波管、相位一致行波管、卫星行波管、低噪声行波管及调相行波管等多种。在雷达发射机中，主要使用中、大功率的耦合腔行波管、双模行波管和环杆（或环圈）行波管，以及为研制微波功率模块而使用的微型行波管，下面将较详细地介绍行波管的工作原理和性能。
根据行波管的工作频带、输出功率的不同要求，行波管的慢波结构可分为螺旋线、衍生螺旋线（环圈、环杆）和耦合腔等几种形式。
（1）螺旋线是指慢波电路由很细的钨丝或钼丝绕制而成的结构，它非常脆弱且热容量很小，其绝缘支撑体的传热性也很差，故允许的截获电流很小（一般限制在10mA量级），但带宽最宽。
（2）衍生螺旋线是指慢波电路为环圈、环杆和双带对绕或双螺旋线的结构，它的尺寸和热容量较螺旋线的要大，故具有较高的功率容量，但频带要窄些（比耦合腔的宽）。
（3）耦合腔的慢波结构一般是由多达50或60个全金属结构的相邻腔体组成的。射频波通过相邻腔体壁的耦合槽或孔传播时，就像在一个折叠波导中传播一样。它是全金属结构，具有尺寸大、功率容量大和易冷却等优点，适合于高功率工作（峰值功率可达200kW，平均功率可大到数十千瓦），是行波管中的高功率器件，但其瞬时带宽较窄（约10％）。
上述的螺旋线结构对射频波有双向传输的特性，使得它既可以从输入端向输出端传送射频能量，也可以从输出端向输入端反向传输射频能量。当负载不匹配时，反射波将传至输入端，形成返波振荡而输出不希望的噪声。为了防止反射信号传至输入端形成返波（返向波）振荡，通常把螺旋线的中部断开，分别在断开的每端处加一个涂有射频吸收材料的绝缘支撑杆，构成衰减器，以衰减其反射能量和消除返波振荡。
由于螺旋线是均匀线，因此在螺旋线中传播的射频波，其相速可在一个很宽的频率范围内保持近似不变，再加上负色散技术可将低频段的射频波相速拉平，所以可获得3∶1或更大的带宽。
虽然螺旋线在高频段也能工作，但随着频率的升高，射频波产生的电场范围将缩小，因而不能深入螺旋线内部深处，有效地与电子交换能量，因此高频段效率低而输出功率小。在采用硬钎焊螺旋线的行波管中，压缩使用带宽后，可以获得较高的功率，如一个带宽为28％的螺旋线行波管，可输出峰值功率20kW，平均功率800W。
行波管的电子注处在慢波结构内的中心线上，受到慢波结构上电磁场的调制作用。当慢波结构上输入射频波后，由于射频能量以行波形式沿着慢波结构传播，并与慢波结构中的电子注进行互作用，使电子发生群聚，其电子的群聚过程如图2.7所示。射频波所产生的轴向电场是一个交变场，对电子注中的电子进行速度调制。处于加速场中的电子速度加快，而密度减小；处于减速场中的电子速度减慢，则密度加大，形成电子群聚。电子在与射频场进行互作用的过程中，减速场中的电子将自身的能量交给射频场，使射频信号得以放大。
图2.7 电子的群聚过程
如果正确设置阴极电压，使电子的速度正好与射频波同步，则射频波与群聚电子能有效地交换能量，获得最高的电子效率。
对于给定的饱和射频输出功率 P out ，行波管的电子注效率 η e 可由下式确定，即
（2.2）
式（2.2）中， I 和 U 分别是阴极电流和电压。
当电子注效率恒定时，射频输出功率 P out 将与电子注功率成正比， P out 可表示为
（2.3）
式（2.3）中， ρ e 为导流系数。
在小信号驱动的情况下，行波管具有线性增益。但是随着射频驱动信号的增大，行波管将进入饱和放大状态，若再增加驱动电平将导致输出功率和增益下降。
一般情况下，中频段的增益和功率最高，低频段和高频段的增益和功率都将下降（参差调谐管的情况则略有不同）。当阴极电压调到使电子注团的速度与射频波同步时，其小信号线性增益最大。
在超宽带的行波管中，为了补偿频带高频段的射频损失，允许阴极同步电压适当调高0.5％~1％，而且效率略有提高；但不能过高，过高会引起返波振荡。
实际上，为了防止过激励使射频输出功率减小和引起电子注散焦，通常将额定输出功率定在低于饱和点以下0.5dB的地方。
由于螺旋线的非均匀性，衰减器和分隔区的不连续性以及输入/输出的不匹配性等原因，在频带内输出功率并非很平坦，频带越宽，波动越大。
行波管的效率包括电子效率和收集极效率两部分。电子效率是电子注与射频波之间的互作用效率；提高收集极效率是靠收集极降压，降低电子速度，以便电子把能量交给射频波，从而提高输出功率和效率。
（1）电子效率。影响电子效率的因素很多，在宽带行波管中，影响最大的是慢波结构中输入/输出失配所引起的损耗、趋肤效应所引起的损耗，以及支撑杆引起的损耗三种。提高行波管电子效率的方法是采用铜、金组成的慢波结构来降低趋肤损耗（镀铜的钨丝趋肤损耗比不镀铜的钨丝趋肤损耗减少5％）。采用金刚石支撑杆也可减小趋肤损耗和支撑杆损耗；窄带管比宽带管的输入/输出匹配好，其电子效率高；靠近收集极的则可采用螺旋线的螺距逐步增大方式，以实现动态速度渐变（耦合腔行波管是采用腔体周期渐变、改变耦合槽形状和改变腔体直径等方法来实现速度渐变的）。这些方式由于改善了带内匹配，所以也可提高电子效率。
（2）收集极效率。采用降压收集极能较大幅度地提高行波管的使用效率，收集极级数越多、减速越平缓，其效果越好，但结构同时越复杂，实用中收集极一般为2~4级。
收集极降压效果比例越大，似乎回收的能量就越多。但是如果降压比例太大，将使得群聚中的慢速电子无力穿越降压区到达收集极，返回电子枪或打在慢波结构上形成“回流”，干扰放大过程。
“回流”电子打在慢波结构上还会加重电子注散焦，使慢波结构发热或使慢波线损坏。图2.8为慢波线电流随收集极降压比的变化曲线。从图2.8中可以看出，当第一级收集极的降压比超过50％时，产生的“回流”将超过慢波线的电流极限。
为了减小“回流”，应根据电子到达收集极的不同速度，采用多个收集极来逐步降低其电压，使每个收集极置于不同的电位，以使减速场的分布与电子速度的范围相匹配，这将获得很好的效果。
图2.8 慢波线电流随收集极降压比的变化曲线
为了使行波管结构和使用电路尽量简单，常规雷达中的行波管大都采用1~2级降压收集极。但是对于太空运用或要求效率高、冷却简单、体积小的运用场合，收集极数目增加到3~5级也是值得的。为了研制通用的微波功率模块，所研制的微型宽带（6~18GHz）行波管的收集极级数可多达4级，其总效率可高达60％。
双模行波管是作为功率控制器件设计的。图2.3所示的双模行波管电子枪结构大致与栅控行波管的相似，只不过它有两层控制栅极。在恒定的阴极电压和收集极电压下，当两个栅极加不同的电压时，可方便地控制注电流的导通率，以达到改变注电流大小从而改变输出功率的目的。大注电流对应高输出功率，小注电流对应低输出功率，高输出功率与低输出功率之比为提升比，其值大致为10dB。
两个栅极都加正电压工作时，允许阴极发射电流的区域比较大，所得的电子注电流也较大，由此获得高峰值功率，故为高功率模式。如果仅内层栅极加正电压，外层栅极不加正电压而加负偏压工作时，只有外层栅极中心孔所对应的阴极表面的电子才可以通过，因而所获得的注电流较小，相对输出峰值功率也较小，故称为低功率模式。
双模行波管的优点是电路简单，工作状态切换方便快速，只用一个行波管在不改变高压和输入激励功率的情况下，只改变栅极工作状态，就可以很方便地改变其输出峰值功率；它的缺点是在低峰值功率模式下，效率较低，在宽带、高峰值功率、高增益时，易产生不希望的振荡等问题。
速调管的工作原理和性能与行波管类似，同属于线性电子注真空微波功率器件，只不过速调管的互作用过程是靠腔体间隙处的外加射频场对电子注中的电子进行速度调制而实现能量交换的。
在注电压、注电流工作正常的情况下，当射频信号从输入腔输入后，在输入腔的间隙处形成射频电场，该射频电场便对电子注中的电子进行速度调制。
在不考虑空间电荷效应的情况下，假设电子穿越输入腔的间隙时，调制电压无大的变化，则单个电子离开腔体间隙的速度 V ( t ) 可由下式算出，即
（2.4）
式（2.4）中， V 0 为速度调制前由电子枪射出的电子速度， U 为调制电压， U 0 为速调管阴极电压（ U 0 ≫ U ）， ω 为调制频率（rad/s）。
在调制电压的正半周内，电子越过输入腔体间隙时被加速；在调制电压的负半周内，电子越过输入腔体间隙时被减速。在输入腔与输出腔之间的漂移空间里，速度快的电子赶上较慢的电子，结果在沿着速调管长度的方向上，出现了电子群聚的现象，如图2.9所示。
处于减速场中的电子将自身的能量交给射频场，使射频信号得以放大，并经输出腔耦合输出，剩余的电子到达收集极后转变为热量。
双腔速调管的增益大约为10dB，但此增益可以通过在输入腔和输出腔间增加附加腔而得到提高。
图2.9 速调管中电子群聚的阿普尔盖特图
射频腔体的尺寸决定着速调管的工作频率和带宽。
在S波段以下的低频速调管中，因腔体尺寸较大，所以常采用外置谐振腔结构，以减小真空部分尺寸。外置谐振腔调谐较方便，也可获得腔体与电子注的良好耦合。虽然腔体 Q 值很高，而瞬时带宽较窄，但其机械调谐范围仍可达到10％~15％。
在S波段及其以上波段的速调管中，腔体必须放在真空外壳之内，以便使得腔体与电子注良好耦合。此时需使用减压盒进行调谐，因而结构更复杂，成本更高，使用频带宽度更窄。
输出腔体具有互易功能，电子运动时会在腔体内产生电压和电流。其能量的输出可用耦合环（在S波段及其以下波段），也可用腔体与波导的过渡来耦合（在高频段）。
速调管电子注与射频场的相互作用、输入功率与输出功率间的关系、增益与输入功率的关系等特性都与行波管的类似，且在达到饱和状态以前就出现了非线性现象，饱和后功率开始下降的情况也与行波管的类似。
速调管的增益、带宽和功率都与电子注半径、电子速度、电子注与腔体的耦合、电子注阻抗和腔体 Q 值等因素有关，这些因素互相制约，设计时应在增益、带宽和功率间进行折中考虑。
要提高速调管的增益可以增加腔体数目，一般情况下有三腔、四腔、五腔甚至更多的典型腔数。就一定带宽而言，多腔速调管的增益可从30dB提高到65dB。
采用腔体参差调谐，可以增加带宽；降低腔体 Q 值，也可增加带宽，但会降低增益和效率；由于增加峰值功率需要强电子注，而强电子注会使电子注电阻下降及腔体负载加重，因而提高峰值功率在可增加带宽的同时，其代价是增益会有所下降。
电子注电阻 R e 的表达式如下
（2.5）
式（2.5）中， ρ e 为导流系数（μP）， P out 为射频输出功率（ P out = η e U I ， UI 是电子注功率， η e 是电子注效率）。
速调管电子注的电阻典型值在1000~1500Ω之间，当漂移管长度和电子注对腔体的耦合度不变时， R e 减小， R e / Q 也减小，因此腔体的有效带宽将增加。下面给出一个增益带宽积经折中后的近似表达式，即
（2.6）
式（2.6）中， G 是速调管的增益，Δ f 为速调管的瞬时带宽。从该式中可以看出：当增益一定时，增加输出功率 P out 、加大导流系数 ρ e 或降低 Q 值都可以增加速调管的瞬时带宽Δ f 。
提高速调管带宽的另一种方法是群腔法。该方法是对中间腔加载（即降低 Q 值），使每对腔靠紧，以便使每对腔同时被同一电子注所激励。实践证明，一种工作于S波段（4MW）的13腔速调管在采用此技术后，其饱和功率下的瞬时带宽可达到14％，效率为40％。
速调管的输出功率能力比行波管高，一是它的电子效率较高，二是它的电子注电压也可以比行波管高。在斯坦福加速器上用的一个S波段速调管，当电子注电压为315kV、脉冲宽度由6.5μs降到0.1μs时，其峰值功率可达50MW。又如汤姆逊的一个TH2132速调管，在脉宽为4.5μs时， P out 为45MW；当脉冲宽度降至1μs以下时， P out 为150MW，其增益高达45~50dB。
速调管的工作频率决定了谐振腔的尺寸，而要增加功率也受尺寸的限制，因为随着注电压的提高会出现下列问题：
（1）电子枪飞弧；
（2）输出腔间隙飞弧；
（3）当射频输出窗超过最大允许的射频功率密度时，会产生过热现象。
速调管的注流调制和热噪声与行波管相似，但是在高功率速调管中，由于栅极受功率容量的限制，当平均功率在5kW以上时，一般使用阳极调制器或阴极调制器而不使用栅极调制器（若栅极能得到有效冷却，则高功率下也可用栅极调制器）。
速调管电子注调制的瞬态效应与行波管相似，在接通或断开的瞬间，会出现瞬态高峰值管体电流，该瞬态管体电流将对电子注产生扰动而形成噪声输出，其值虽然要比行波管大约低几分贝，但由于速调管输出的功率大，因此其绝对噪声功率也不可忽略，应采取措施予以限制。
对载波信号的影响而言，满功率输出时，由于调幅噪声被饱和现象所抑制，其调幅噪声要比调相噪声低6dB左右。
速调管的典型调相噪声电平，在偏离载波2kHz时为-115dBc/kHz；在偏离载波20kHz以上时，此值下降到固定的调相噪声基准-125dBc/kHz，这个值比同档行波管的低得多。以上结果与速调管的增益和工作比密切相关，增益越高，工作比越大，其输出噪声也越大。
多注速调管具有工作电压低、瞬时带宽宽、效率高、体积小、质量小等优点，可以采用控制电极调制和永磁聚焦，是高机动雷达的优选微波管之一。但因内部结构复杂，阴极发射电流密度大而影响使用寿命，因此需不断改进和完善。
多注速调管中的每个电子注与公共腔（输入腔、漂移管和输出腔）的射频场进行互作用和能量交换的过程与单注速调管的情况相同，不同的是它有多个电子注，每个电子注的导流系数较小，因而通道间的相互影响较小。但是为了在较低功率下获得宽频带，要求谐振腔中心部分（漂移管头）区域的面积尽可能地减小，以便不使它的 R / Q 值减小。处于不同径向位置的电子注，因其通道间隙处的电场相位差增大，影响了电子与高频场的互作用效果，所以其电子注数目不能太多（一般在36以内）。而由于漂移管头的面积决定了电子注的数目和单元阴极发射面积的大小，因此多注管的阴极发射面积比单注管的小，其电流发射密度要比单注管的大，一般在10~15A/cm 2 （脉冲状态下达到30~40A/cm 2 ），这给制造和提高使用寿命增加了困难。为了提高多注管的性能和使用寿命，必须选用电流发射密度高的阴极材料和新的制造工艺。同时要采用先进的设计和加工技术来确保管内 N 个电子注的阴极、控制极、谐振腔、漂移管和收集极的中心线精确对准，才能获得好的效果。
多注速调管的工作电压较低，可以方便地采用控制电极调制。由于控制电极不可能做到与阴极的形状一样，像阴影栅那样贴在阴极表面，它距阴极较远，因此所需的注流截止负偏压较高，约为注电压的30％。控制电极处在整管中的最高电位点上，因它与阴极间的电场是非均匀场且距离较近（一般约为0.5mm），所以容易引起打火和离子击穿。为了减少因控制电极而引起的打火现象，在脉冲宽度和重复频率变化不太大的运用场合，采用固态刚管调制器作阴极脉冲调制也是一种较好的解决方案，此方法早已被国内某雷达研制单位率先在多个雷达发射机中成功应用，很好地解决了多注管易打火的问题，提高了发射机的可靠性。
由于直流运用结构的冷阴极前向波管具有突出的优点，因而使用范围较广，这里仅就它的工作原理进行介绍。
如图2.6所示的直流运用结构的前向波管中，当射频信号从装在阳极周围的慢波结构上输入并加上阴极电压后，射频信号和阴极周围的噪声在高压场的作用下，使管内残余气体产生电离，其正离子以极高的速度轰击冷阴极表面，形成强大的二次电子发射。这些电子在由阴极向阳极的运动中，受正交电磁场的共同作用，使阴极周围强大的电子云团形成轮辐运动。在接近阳极慢波结构的过程中，当电子云团轮辐的角速度与阳极慢波结构的射频波同步时，处在减速场中的电子将其动能交给射频场，使射频波得以放大。经历减速后的部分剩余电子，因洛伦兹力的减小被阳极收集而转变成热量；另一部分电子在加速场的作用下，因洛伦兹力的增加而继续环行，返回到阴极转变成热量，以加大其阴极的二次电子发射能力。
为了有效地放大射频信号，电子云团轮辐的角速度应与射频场同步。为此，对加在阴极上的电压和加在阳极慢波结构上的射频激励信号，提出了严格的要求。
阴极电压与磁场决定着电子轮辐的角速度，当磁场一定时，阴极电压过高或过低都会使电子轮辐的角速度与射频波不同步，从而影响其有效放大功能。阴极电压过低时易产生低压振荡模式，过高时会产生高压振荡模式。为避免出现这两种不稳定的工作情况，加在前向波管上的阴极电压，应确保前向波管工作在如图2.10所示的伏-安特性曲线的B区内。
射频波的场强过低时，不能充分地使电子轮辐的动能转变为射频能而产生强大的噪声，因此，射频驱动信号应该足够大才能获得更稳定的射频输出。
在高效的重入式前向波管中，射频结束时，空间电荷不能迅速消失，会激励起前向波管中其他的振荡模式，形成一个长长的射频噪声尾巴。为了消除这种影响，从前向波管的漂移区所对应的阴极中分离出一块作为控制电极（阴极与控制电极绝缘）。当控制电极加上相对阴极为正的脉冲电压时，就会将阴极附近的这些剩余空间电荷迅速地消除，以消除其射频振荡。
图2.10 前向波管的伏-安特性曲线
从L波段到毫米波的工作频段内，都可以采用正交场放大器。慢波结构的物理尺寸决定了前向波管的工作频率。正交场放大器的带宽也取决于工作模式（前向波或返向波）的限制。前向波管具有高达10％~15％的瞬时带宽，返波管的瞬时带宽非常窄，大约为1％。然而，通过改变阴极电压来调谐返波管可获得10％的调谐带宽，但在该带宽内的功率变化会较大。
正交场放大器的输出功率取决于射频输入功率和前向波管的总效率。在驱动功率足够的条件下，其射频输出功率的增加与阳极电流呈线性关系。
当射频激励功率很低时，正交场放大器的工作噪声非常大，随着射频激励功率的增加，噪声逐步被抑制直到进入相位锁定的工作状态。
限制正交场放大器输出最高功率的因素包括：
（1）阴极脉冲电流的发射能力（包括起始发射和二次发射）；
（2）由于增加阴极电压而引起电子云与射频场的互作用失锁，进入不需要的振荡模式；
（3）当输出功率超过给定值时，激励功率无力维持锁相；
（4）阳极过热。
常规正交场放大器的增益限制在10~16dB范围内，由于输入与输出的射频隔离有限，电子云经射频耦合会产生噪声，且增益高了会出现振荡；又由于低增益要求有较高的激励功率，因此这是常规正交场放大器的一大缺点。为了克服这一缺点，采用阴极激励的正交场放大器可以把增益提高到30dB。
在常用真空微波管中，各种微波管的性能、使用范围和工作方式是不相同的，为了正确选用真空微波管，下面将雷达用脉冲真空微波管的性能列入表2.2中，以便在选择时进行比较。
表2.2 雷达用脉冲真空微波管的性能比较
①在带宽较窄、频率较低时，效率最高。在线性电子注管中可采用多级降压收集极来提高效率。
②表中的
θ
为微波管的电长度，速调管
θ
≈5
λ
，行波管
θ
≈15
λ
。
③返波管的相位调制灵敏度约为前向波管的1/3。