微波能量是由微波發(fā)生器產(chǎn)生的，微波發(fā)生器包括微波管和微波管電源兩個(gè)部分。其中微波管電源(簡(jiǎn)稱電源或微波源)的作用是把常用的交流電能變成直流電能，為微波管的工作創(chuàng)造條件。微波管是微波發(fā)生器的核心，它將直流電能轉(zhuǎn)變成微波能。
微波管有微波晶體管和微波電子管兩大類。微波晶體管輸出功率較小，一般用于測(cè)量和通訊等領(lǐng)域。微波電子管種類很多，常用的有磁控管、速調(diào)管、行波管等。它們的工作原理不同、結(jié)構(gòu)不同、性能各異，在雷達(dá)、導(dǎo)航、通訊、電子對(duì)抗和加熱，科學(xué)研究等方面都得到廣泛的應(yīng)用。由于磁控管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、工作電壓低、電源簡(jiǎn)單和適應(yīng)負(fù)載變化的能力強(qiáng)，因而特別適用于微波加熱和微波能的其他應(yīng)用。磁控管由于工作狀態(tài)的不同可分為脈沖磁控管和連續(xù)波磁控管兩類。微波加熱設(shè)備主要工作于連續(xù)波狀態(tài)，所以多用連續(xù)波磁控管。
磁控管是一種用來產(chǎn)生微波能的電真空器件。實(shí)質(zhì)上是一個(gè)置于恒定磁場(chǎng)中的二極管。管內(nèi)電子在相互垂直的恒定磁場(chǎng)和恒定電場(chǎng)的控制下，與高頻電磁場(chǎng)發(fā)生相互作用，把從恒定電場(chǎng)中獲得能量轉(zhuǎn)變成微波能量，從而達(dá)到產(chǎn)生微波能的目的。
磁控管種類很多，這里主要介紹多腔連續(xù)波磁控管。
磁控管由管芯和磁鋼(或電磁鐵)組成。管芯的結(jié)構(gòu)包括陽(yáng)極、陰極、能量輸出器和磁路系統(tǒng)等四部分。管子內(nèi)部保持高真空狀態(tài)。下面分別介紹各部分的結(jié)構(gòu)及其作用。
1 陽(yáng)極
陽(yáng)極是磁控管的主要組成之一，它與陰極一起構(gòu)成電子與高頻電磁場(chǎng)相互作用的空間。在恒定磁場(chǎng)和恒定電場(chǎng)的作用下，電子在此空間內(nèi)完成能量轉(zhuǎn)換的任務(wù)。磁控管的陽(yáng)極除與普通的二極管的陽(yáng)極一樣收集電子外，還對(duì)高頻電磁場(chǎng)的振蕩頻率起著決定性的作用。
陽(yáng)極由導(dǎo)電良好的金屬材料(如無氧銅)制成，并設(shè)有多個(gè)諧振腔，諧振腔的數(shù)目必須是偶數(shù)，管子的工作頻率越高腔數(shù)越多。陽(yáng)極諧振腔的型式常為孔槽形、扇形和槽扇型，陽(yáng)極上的每一個(gè)小諧振腔相當(dāng)于一個(gè)并聯(lián)的2C振蕩回路。以槽扇型腔為例，可以認(rèn)為腔的槽部分主要構(gòu)成振蕩回路的電容，而其扇形部分主要構(gòu)成振蕩回路的電感。由微波技術(shù)理論可知，諧振腔的諧振頻率與腔體的幾何尺寸成反比。腔體越大其工作頻率越低。于是，我們可以根據(jù)腔體的尺寸來估計(jì)它的工作頻段。磁控管的陽(yáng)極由許多諧振腔耦合在一起，形成一個(gè)復(fù)雜的諧振系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的諧振腔頻率主要決定于每個(gè)小諧振腔的諧振頻率，我們也可以根據(jù)小諧振腔的大小來估計(jì)磁控管的工作頻段。
磁控管的陽(yáng)極諧振系統(tǒng)除能產(chǎn)生所需要的電磁振蕩外，還能產(chǎn)生不同特性的多種電磁振蕩。為使磁控管穩(wěn)定的工作在所需的模式上,常用"隔型帶"來隔離干擾模式.隔型帶把陽(yáng)極翼片一個(gè)間隔一個(gè)地連接起來,以增加工作模式與相鄰干擾模式之間的頻率間隔 。
另外,由于經(jīng)能量交換后的電子還具有一定的能量,這些電子打上陽(yáng)極使陽(yáng)極溫度升高,陽(yáng)極收集的電子越多(即電流越大),或電子的能量越大(能量轉(zhuǎn)換率越低),陽(yáng)極溫度越高,因此,陽(yáng)極需有良好的散熱能力.一般情況下功率管采用強(qiáng)迫風(fēng)冷,陽(yáng)極帶有散熱片.大功率管則多用水冷,陽(yáng)極上有冷卻水套。
2 陰極及其引線
磁控管的陰極即電子的發(fā)射體,又是相互作用空間的一個(gè)組成部分。陰極的性能對(duì)管子的工作特性和壽命影響*，被視為整個(gè)管子的心臟。
陰極的種類很多，性能各異。連續(xù)波磁控管中常用直熱式陰極，它由鎢絲或純鎢絲繞成螺旋形狀，通電流加熱到規(guī)定溫度后就具有發(fā)射電子的能力。這種陰有加熱時(shí)間短和抗電子轟擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在連續(xù)波磁控管中得到廣泛的應(yīng)用。
此種陰極加熱電流大，要求陰極引線要短而粗，連接部分要接觸良好。大功率管的陰極引線工作時(shí)溫度很高，常用強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱。磁控管工作時(shí)陰極接負(fù)高壓，因此引線部分應(yīng)有良好的絕緣性能并能滿足真空密封的要求。為防止因電子回轟而使陽(yáng)極過熱，磁控管工作穩(wěn)定后應(yīng)按規(guī)定降低陰極電流以延長(zhǎng)使用壽命。
3 能量輸出器
能量輸出器是把相互作用空間中所產(chǎn)生的微波能輸送到負(fù)載去的裝置。能量輸出裝置的作用是無損耗，無擊穿地通過微波，保證管子的真空密封，同時(shí)還要做到便于與外部系統(tǒng)相連接。小功率連續(xù)波磁控管大多采用同軸輸出在陽(yáng)極諧振腔高頻磁場(chǎng)zui強(qiáng)的地方。放置一個(gè)耦合環(huán)，當(dāng)穿過環(huán)面的磁通量變化時(shí)，將在環(huán)上產(chǎn)生高頻感應(yīng)電流，從而將高頻功率引到環(huán)外。耦合環(huán)面積越大耦合越強(qiáng)。
大功率連續(xù)波磁控管常用軸向能量輸出器，輸出天線通過極靴孔洞連接到陽(yáng)極翼片上。天線一般做成條狀或圓棒也可為錐體。整個(gè)天線被輸出窗密封。
輸出窗常用低損耗特性的玻璃或陶瓷制成。它不須保證微波能量無損耗的通過和具有良好的真空氣密性。大功率管的輸出窗常用強(qiáng)迫風(fēng)冷來降低由于介質(zhì)損耗所產(chǎn)生的熱量。
4 磁路系統(tǒng)
磁控管正常工作時(shí)要求有很強(qiáng)的恒定磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度一般為數(shù)千高斯。 工作頻率越高，所加磁場(chǎng)越強(qiáng)。磁控管的磁路系統(tǒng)就是產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)的裝置。磁路系統(tǒng)分永磁和電磁兩大類。永磁系統(tǒng)一般用于小功率管，磁鋼與管芯牢固合為一體構(gòu)成所謂包裝式。大功率管多用電磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)，管芯和電磁鐵配合使用，管芯內(nèi)有上、下極靴，以固定磁隙的距離。磁控管工作時(shí)，可以很方便的靠改變磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小，來調(diào)整輸出功率和工作頻率。另外，還可以將陽(yáng)極電流饋入電磁線包以提高管子工作的穩(wěn)定性。
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