在磁控管中，先研究沒有建立高頻場的情況，也就是“靜態(tài)”的情況。為簡化模型，我們先研究平板系統(tǒng)中電子運(yùn)動(dòng)的軌跡，如圖2-1，在互相垂直的直流電、磁場的聯(lián)合作用下，不計(jì)及空間電荷的影響。


在電場和磁場作用下，電子從O 點(diǎn)向A 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，電場對電子加速，速度增加。磁場對電子的力總是與速度方向垂直，其大小與速度成正比，但它不影響電子速度大小，而只決定軌跡曲率。通過A 點(diǎn)后，電子就開始反向向陰極板運(yùn)動(dòng)，電場力為推斥力，到達(dá)陰極時(shí)速度為零。然后重復(fù)上述過程。電場一定時(shí)，磁場越大，輪擺圓的半徑就越小。B為零時(shí)，電子的回旋半徑趨于無窮大。當(dāng)磁場由零逐漸增大時(shí)，回旋半徑由無窮大逐漸變小，直到某一磁場的回旋直徑2RC 剛好等于極間距離d0 時(shí)，電子檫陽極板而過，顯然這種臨界狀態(tài)時(shí)，陽、陰極的外電流回路將沒有電流通過（Ia=0），這種狀態(tài)我們稱為截止?fàn)顟B(tài)。
這時(shí)實(shí)際的磁控管是個(gè)圓柱系統(tǒng)，在“靜態(tài)”情況下，電子運(yùn)動(dòng)軌跡是中心狀線──當(dāng)一個(gè)圓沿另一個(gè)圓滾動(dòng)時(shí)，圓周上任一點(diǎn)所描繪的軌跡。而在截止?fàn)顟B(tài)下，由于陰極連續(xù)不停發(fā)射電子，圍繞陰極就出現(xiàn)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的電子云，其旋轉(zhuǎn)速度正比于E/B，越到外層，旋轉(zhuǎn)速度就越大。在實(shí)際對磁控管進(jìn)行研究的時(shí)候，必須考慮空間電荷效應(yīng)和高頻場的作用。如圖2-2。
 
 
(1) 互作用空間的行波電場與1、2、3、4 類典型電子的位置
(2) 作用于1、2、3、4 類電子上的合成電場E
(3) 4 類電子運(yùn)動(dòng)軌跡
(4) 2 類電子運(yùn)動(dòng)軌跡
(5) л模振蕩時(shí)，8 腔磁控管中的空間電荷輪輻
圖2-2（a）中1、2、3、4 為位于互作用空間內(nèi)不同位置的一些典型電子。圖2-2（b）示出了這些電子所在位置直流電場E 和高頻場Er、Et 的矢量和E′。作用于1 類電子的合成電場，其方向不改變，僅改變了其值，比沒有高頻場時(shí)小一些。結(jié)果1 類電子就會(huì)落后于行波，并逐漸地向4 類電子方向偏移。對3類電子，合成電場比靜態(tài)時(shí)有所增加，所以3 類電子運(yùn)動(dòng)得稍快，并逐漸地向4 類電子靠近。而4 類電子在合成電場E′的作用下運(yùn)動(dòng)，合成電場E′與直流電場在值上差別不大，但方向卻稍有差別，因而決定輪擺線軌跡的圓不再平行于陰極表面滾動(dòng)，而沿著與矢量E′相垂直的面行進(jìn)，即趨向于陽極。
這些以4 類為中心的群聚電子塊，在打上陽極之前，一直處于切向減速電場的區(qū)域之內(nèi)，每經(jīng)過一個(gè)輪擺線振蕩，電子都要失去部分位能而向陽極靠近，直到最后到達(dá)陽極。因?yàn)檫@些電子失去位能并將此能量轉(zhuǎn)交給高頻場，故稱為“有利”電子。2 類電子受到切向加速電場的作用，滾動(dòng)圓平面朝陰極運(yùn)動(dòng)，電子從高頻場中獲得能量，很快打回陰極，使陰極發(fā)熱，并產(chǎn)生二次電子發(fā)射現(xiàn)象。因?yàn)檫@類電子從高頻場中獲得能量，稱為“不利”電子。在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，電子以4 類電子為中心群聚，2 類電子比例較少，加上高頻場愈離開陽極愈弱，而電子云的厚度一般比陰、陽極間距離小，所以總的結(jié)果是電子供給高頻場的能量得到增加。
交變空間電荷的運(yùn)動(dòng)如圖，電子云并不改變自己的相對位置，而環(huán)繞著陰極旋轉(zhuǎn)，好象旋轉(zhuǎn)的車輪，由陰極向陽極運(yùn)動(dòng)的電子塊象輪輻，而向陰極返回的電子層就象輪軛。根據(jù)電子和場相互作用的原理，在加速電場中運(yùn)動(dòng)的電子，其動(dòng)能增加，電場向電子交出能量。相反，在減速電場中運(yùn)動(dòng)的電子，其動(dòng)能減少，電場從電子得到能量。因此，如果要使磁控管中從直流電源獲得能量的運(yùn)動(dòng)電子有效地把它的動(dòng)能交給高頻場，就要使得互作用空間內(nèi)多數(shù)電子在打上陽極前有盡可能長的時(shí)間處于高頻減速場中。因此要求運(yùn)動(dòng)電子流群聚，并使群聚的電子云處于高頻減速電場中和高頻場進(jìn)行同步的運(yùn)動(dòng)。（本文來源：正航儀器）http://m.zhdtlyjq.com