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微波磁控管

來源:上海敏杰制藥機(jī)械有限公司   2009年04月01日 16:23   423

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(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)。磁控管的陽極除與普通的二極管的陽極一樣收集電子外,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(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(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(qiáng)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(gè)組成部分。陰極的性能對(duì)管子的工作特性和壽命影響極大,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(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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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(hù)微波設(shè)備正常工作的必要條件。磁控管在使用時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:
一、負(fù)載要匹配。
無論什么設(shè)備都要求磁控管的輸出負(fù)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(shí)際得到的功率減少,而且會(huì)引起磁控管跳模和陰極過熱,嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞管子。跳模時(shí),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(gè)方面:
(1) 電源內(nèi)阻太大,空載高而激起非π模式。
(2)負(fù)載嚴(yán)重失配,不利相位的反射減弱了高頻場(chǎng)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(fù)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(shí)進(jìn)行強(qiáng)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(yán)重時(shí)將燒壞管子。應(yīng)嚴(yán)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(yán)重時(shí)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(lì)腔上直接激勵(lì)傳輸系統(tǒng)。激勵(lì)腔即是能量激勵(lì)裝置,又是傳輸系統(tǒng)的一部分。因此激勵(lì)腔的性能對(duì)磁控管的工作影響極大。激勵(lì)腔應(yīng)能將管內(nèi)產(chǎn)生的微波能量有效的傳輸給負(fù)載。為達(dá)此目的,除激勵(lì)腔本身的設(shè)計(jì)外,管子在激勵(lì)腔上的裝配情況對(duì)工作的穩(wěn)定性影響極大。正常工作時(shí)管子的陽極與激勵(lì)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(lì)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(yùn)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(shí)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(yùn)輸過程中應(yīng)放入防振包裝箱內(nèi),以防止受振動(dòng)撞擊而受損壞。
 

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