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技術(shù)文章
微波磁控管構(gòu)造
閱讀：1792 發(fā)布時間：2007-3-20
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 陽極
陽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相互作用的空間。在恒定磁場和恒定電場的作用下，電子在此空間內(nèi)完成能量轉(zhuǎn)換的任務(wù)。磁控管的陽極除與普通的二極管的陽極一樣收集電子外，還對高頻電磁場的振蕩頻率起著決定性的作用。
陽極由導(dǎo)電良好的金屬材料（如無氧銅）制成，并設(shè)有多個諧振腔，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。陽極諧振腔的型式常為孔槽形、扇形和槽扇型，陽極上的每一個小諧振腔相當于一個并聯(lián)的2C振蕩回路。以槽扇型腔為例，可以認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)腔體的尺寸來估計它的工作頻段。磁控管的陽極由許多諧振腔耦合在一起，形成一個復(fù)雜的諧振系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的諧振腔頻率主要決定于每個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磁控管的工作頻段。
磁控管的陽極諧振系統(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.隔型帶把陽極翼片一個間隔一個地連接起來,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,這些電子打上陽極使陽極溫度升高,陽極收集的電子越多(即電流越大),或電子的能量越大(能量轉(zhuǎn)換率越低),陽極溫度越高,因此,陽極需有良好的散熱能力.一般情況下功率管采用強迫風(fēng)冷,陽極帶有散熱片.大功率管則多用水冷,陽極上有冷卻水套。
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組成部分。陰極的性能對管子的工作特性和壽命影響極大，被視為整個管子的心臟。
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。這種陰有加熱時間短和抗電子轟擊能力強等優(yōu)點，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溫度很高，常用強迫風(fēng)冷散熱。磁控管工作時陰極接負高壓，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極諧振腔高頻磁場zui強的地方。放置一個耦合環(huán)，當穿過環(huán)面的磁通量變化時，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。
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極翼片上。天線一般做成條狀或圓棒也可為錐體。整個天線被輸出窗密封。
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)
磁控管正常工作時要求有很強的恒定磁場，其磁場感應(yīng)強度一般為數(shù)千高斯。工作頻率越高，所加磁場越強。磁控管的磁路系統(tǒng)就是產(chǎn)生恒定磁場的裝置。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，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，可以很方便的靠改變磁場強度的大小，來調(diào)整輸出功率和工作頻率。另外，還可以將陽極電流饋入電磁線包以提高管子工作的穩(wěn)定性。
5 磁控管的正確使用
磁控管是微波應(yīng)用設(shè)備的心臟，因此，磁控管的正確使用是維護微波設(shè)備正常工作的必要條件。磁控管在使用時應(yīng)注意以下幾個問題：
一、負載要匹配。
無論什么設(shè)備都要求磁控管的輸出負載盡可能做到匹配，也就是它的電壓駐波比應(yīng)盡可能的小。駐波大不僅反射功率大，使被處理物料實際得到的功率減少，而且會引起磁控管跳模和陰極過熱，嚴重時會損壞管子。跳模時，陽極電流忽然出現(xiàn)跌落。引起跳模的原因除管子本身模式分隔度小外，主要有以下幾個方面：
（1) 電源內(nèi)阻太大，空載高而激起非π模式。（2）負載嚴重失配，不利相位的反射減弱了高頻場與電子流的相互作用，而不能維持正常的π模振蕩。（3）燈絲加熱不足，引起發(fā)射不足，或因管內(nèi)放氣使陰極中毒引起發(fā)射不足，不能提供π模振蕩所需的管子電流。
為避免跳模的發(fā)生，要求電源內(nèi)阻不能過大，負載應(yīng)匹配，燈絲加熱電流應(yīng)符合說明書要求
二、冷卻。
冷卻是保證磁控管正常管工作的條件之一，大功率磁控管的陽極常用水冷，其陰極燈絲引出部分及輸出陶瓷窗同時進行強迫風(fēng)冷，有些電磁鐵也用風(fēng)冷或水冷。冷卻不良將使管子過熱而不能正常工作，嚴重時將燒壞管子。應(yīng)嚴禁在冷卻不足的條件下工作。
三、合理調(diào)整陰極加熱功率。
磁控管起振后，由于不利電子回轟陰極使陰極溫度升高而處于過熱狀態(tài)，陰極過熱將使材料蒸發(fā)加劇，壽命縮短，嚴重時將燒壞陰極。防止陰極過熱的辦法是按規(guī)定調(diào)整降低陰極加熱功率。
四、安裝調(diào)試。
目前常用的微波加熱設(shè)備中磁控管放在激勵腔上直接激勵傳輸系統(tǒng)。激勵腔即是能量激勵裝置，又是傳輸系統(tǒng)的一部分。因此激勵腔的性能對磁控管的工作影響極大。激勵腔應(yīng)能將管內(nèi)產(chǎn)生的微波能量有效的傳輸給負載。為達此目的，除激勵腔本身的設(shè)計外，管子在激勵腔上的裝配情況對工作的穩(wěn)定性影響極大。正常工作時管子的陽極與激勵腔接觸部分有很大的高頻電流通過，二者之間必須有良好的接觸，接觸不良將引起高頻打火。天線插入激勵腔的深度直接影響能量的傳輸和管子的工作狀態(tài)，應(yīng)按說明書規(guī)定精心裝配。
五、保存和運輸
磁控管的電極材料為無氧銅、可伐等，在酸、堿濕氣中易于氧化。因此，磁控管的保存應(yīng)防潮、避開酸堿氣氛。防止高溫氧化。包裝式磁控管因帶磁鋼，應(yīng)防止磁鋼的磁性變化，存在時應(yīng)在管子周圍10厘米內(nèi)不得有鐵磁物質(zhì)存在。管子運輸過程中應(yīng)放入防振包裝箱內(nèi)，以防止受振動撞擊而受損壞。
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 陽極
陽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相互作用的空間。在恒定磁場和恒定電場的作用下，電子在此空間內(nèi)完成能量轉(zhuǎn)換的任務(wù)。磁控管的陽極除與普通的二極管的陽極一樣收集電子外，還對高頻電磁場的振蕩頻率起著決定性的作用。
陽極由導(dǎo)電良好的金屬材料（如無氧銅）制成，并設(shè)有多個諧振腔，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。陽極諧振腔的型式常為孔槽形、扇形和槽扇型，陽極上的每一個小諧振腔相當于一個并聯(lián)的2C振蕩回路。以槽扇型腔為例，可以認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)腔體的尺寸來估計它的工作頻段。磁控管的陽極由許多諧振腔耦合在一起，形成一個復(fù)雜的諧振系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的諧振腔頻率主要決定于每個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磁控管的工作頻段。
磁控管的陽極諧振系統(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.隔型帶把陽極翼片一個間隔一個地連接起來,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,這些電子打上陽極使陽極溫度升高,陽極收集的電子越多(即電流越大),或電子的能量越大(能量轉(zhuǎn)換率越低),陽極溫度越高,因此,陽極需有良好的散熱能力.一般情況下功率管采用強迫風(fēng)冷,陽極帶有散熱片.大功率管則多用水冷,陽極上有冷卻水套。
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組成部分。陰極的性能對管子的工作特性和壽命影響極大，被視為整個管子的心臟。
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。這種陰有加熱時間短和抗電子轟擊能力強等優(yōu)點，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溫度很高，常用強迫風(fēng)冷散熱。磁控管工作時陰極接負高壓，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極諧振腔高頻磁場zui強的地方。放置一個耦合環(huán)，當穿過環(huán)面的磁通量變化時，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。
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極翼片上。天線一般做成條狀或圓棒也可為錐體。整個天線被輸出窗密封。
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)
磁控管正常工作時要求有很強的恒定磁場，其磁場感應(yīng)強度一般為數(shù)千高斯。工作頻率越高，所加磁場越強。磁控管的磁路系統(tǒng)就是產(chǎn)生恒定磁場的裝置。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，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，可以很方便的靠改變磁場強度的大小，來調(diào)整輸出功率和工作頻率。另外，還可以將陽極電流饋入電磁線包以提高管子工作的穩(wěn)定性。
5 磁控管的正確使用
磁控管是微波應(yīng)用設(shè)備的心臟，因此，磁控管的正確使用是維護微波設(shè)備正常工作的必要條件。磁控管在使用時應(yīng)注意以下幾個問題：
一、負載要匹配。
無論什么設(shè)備都要求磁控管的輸出負載盡可能做到匹配，也就是它的電壓駐波比應(yīng)盡可能的小。駐波大不僅反射功率大，使被處理物料實際得到的功率減少，而且會引起磁控管跳模和陰極過熱，嚴重時會損壞管子。跳模時，陽極電流忽然出現(xiàn)跌落。引起跳模的原因除管子本身模式分隔度小外，主要有以下幾個方面：
（1) 電源內(nèi)阻太大，空載高而激起非π模式。（2）負載嚴重失配，不利相位的反射減弱了高頻場與電子流的相互作用，而不能維持正常的π模振蕩。（3）燈絲加熱不足，引起發(fā)射不足，或因管內(nèi)放氣使陰極中毒引起發(fā)射不足，不能提供π模振蕩所需的管子電流。
為避免跳模的發(fā)生，要求電源內(nèi)阻不能過大，負載應(yīng)匹配，燈絲加熱電流應(yīng)符合說明書要求
二、冷卻。
冷卻是保證磁控管正常管工作的條件之一，大功率磁控管的陽極常用水冷，其陰極燈絲引出部分及輸出陶瓷窗同時進行強迫風(fēng)冷，有些電磁鐵也用風(fēng)冷或水冷。冷卻不良將使管子過熱而不能正常工作，嚴重時將燒壞管子。應(yīng)嚴禁在冷卻不足的條件下工作。
三、合理調(diào)整陰極加熱功率。
磁控管起振后，由于不利電子回轟陰極使陰極溫度升高而處于過熱狀態(tài)，陰極過熱將使材料蒸發(fā)加劇，壽命縮短，嚴重時將燒壞陰極。防止陰極過熱的辦法是按規(guī)定調(diào)整降低陰極加熱功率。
四、安裝調(diào)試。
目前常用的微波加熱設(shè)備中磁控管放在激勵腔上直接激勵傳輸系統(tǒng)。激勵腔即是能量激勵裝置，又是傳輸系統(tǒng)的一部分。因此激勵腔的性能對磁控管的工作影響極大。激勵腔應(yīng)能將管內(nèi)產(chǎn)生的微波能量有效的傳輸給負載。為達此目的，除激勵腔本身的設(shè)計外，管子在激勵腔上的裝配情況對工作的穩(wěn)定性影響極大。正常工作時管子的陽極與激勵腔接觸部分有很大的高頻電流通過，二者之間必須有良好的接觸，接觸不良將引起高頻打火。天線插入激勵腔的深度直接影響能量的傳輸和管子的工作狀態(tài)，應(yīng)按說明書規(guī)定精心裝配。
五、保存和運輸
磁控管的電極材料為無氧銅、可伐等，在酸、堿濕氣中易于氧化。因此，磁控管的保存應(yīng)防潮、避開酸堿氣氛。防止高溫氧化。包裝式磁控管因帶磁鋼，應(yīng)防止磁鋼的磁性變化，存在時應(yīng)在管子周圍10厘米內(nèi)不得有鐵磁物質(zhì)存在。管子運輸過程中應(yīng)放入防振包裝箱內(nèi)，以防止受振動撞擊而受損壞。