磁控管原理 - 入门及动画演示

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1、磁控管摘要一、概述二、磁控管工作原理三、磁控管结构四、磁控管性能参数及测试五、磁控管使用要注意的问题一、概述磁控管是微波电子管的一种，是一种重入式谐振型正交场振荡器，通常作为高功率微波能发生器。它最主要的特点是高效率和低工作电压，其次是由于结构简单而带来的体积小、重量轻、使用方便、工作可靠和成本低等特点。主要用于雷达、通讯、电子对抗、微波加热等方面。随着微波理疗、微波辐射武器、微波等离子推进、微波促进化学反应等方面的发展，磁控管行业也得到了较大发展。一、概述磁控管由于工作状态不同，可分为脉冲磁控管和连续波磁控管二类，前者主要用于雷达

2、、通讯、电子对抗等，后者主要用于微波加热及医疗等微波设备，主要有三种：300W以下的供理疗用400-1000W供微波炉加热用1000W以上供工、农业使用工作频率有915MHz和2450MHz两种二、工作原理一、总论磁控管从原理上来讲是一种特殊的二极管，它有一个圆筒状的阴极以及一个与之同轴的阳极。在工作过程中阴极发射出的电子流在外部直流电场中获得动能，并将动能的一部分转换成振荡体系的交变电场，就使振荡体系维持稳定的振荡过程，振荡体系通过天线耦合发射出微波。重点：能量的来源；能量的交换。二、静态磁控管的基本特征为了使问题简单，我们先来研

3、究一下在平板电极系统中存在正交的直流电磁场时电子的运动特征，这样的磁控管称为“静态磁控管”。静态磁控管系统如下图所示：假设两个无限大的相互平行的平板电极（近似磁控管的阴极与阳极）间的距离为d，两个极板之间的直流电压为V，这时两极之间的直流电场为E=V/d；两极板之间还同时存在一个与图面垂直的均匀直流磁场，其磁感应强度为B。二、工作原理1、静态磁控管中电子的运动（电场+磁场）如无磁场，则电子逸出阴极之后，就会在电场力的作用下直接向阳极运动，此电场力若除电场之外，在阴极—阳极空间还有一个磁场，那么电子运动的轨迹就不再是直线。假设磁场强度

4、是B，磁场方向与图面垂直，这时，电子就受到电场和磁场两种外力的作用。磁场对电子的作用力是：在电子运动的全过程中，电场力F始终保持不变。但磁场力不但大小要变，而且方向也变当磁通密度B=0时为直线1；B﹤BKP时为曲线2；B=BKP时为曲线3；B﹥BKP时为曲线4。1、静态磁控管中电子的运动2、磁控管中的谐振系统多腔磁控管中的高频系统是一个有许多小的谐振腔组成的谐振系统，这些小的谐振腔的数目在厘米波段上的管子中，一般可有8~32个，毫米波段会更多些。这些谐振腔均匀的分布在阳极圆周上，而且每一腔的缝隙口均与相互作用空间相通，每个小腔不是孤

5、立的，他们通过相互作用空间和管子的顶部空间相互耦合在一起，从而形成一个复杂的多腔谐振系统。现在我们设想一种“展开”式的磁控管，组成阳极块的谐振腔不象平常一样排列在圆周上，而是排列成一条直线（图12）。阳极与阴极之间有外加电源Ua构成足够大的电位差，并有一均匀磁场方向垂直图面向里。电子流在恒定磁场与电场作用下，“吹过”电谐振器，此时，电子流就按摆线的轨迹运动电子流的速度达到固定值Ve时，在谐振器中建立起振荡。3、磁控管的自激4、磁控管谐振系统的谐振模式多腔磁控管的谐振系统是一个由N个谐振腔组成的复杂系统，我们假定各个谐振腔都是完全相同

6、的。如果振荡已经产生，则在各个谐振腔中都有高频振荡。在不同的腔中，振荡的相位可以是不同的。但每两个相邻腔的振荡相位差应该是一样的。由于整个谐振系统是封闭的，环绕一整周时总的相位差应为零或2π的整数倍。于是可得：N∆φ=2π*nn=0、1、2、3、------(1)其中N为阳极谐振腔的数目，∆φ为相邻谐振腔中电磁振荡的相位差。由（1）式得：∆φ=2nπ/N(2)也就是说，当磁控管的腔数N确定后，可以有许多不同的相位差∆φ同时满足这一闭合回路的谐振条件。相应于不同的n就有不同的谐振模式，他们有不同的谐振频率和场结构。现在用一个八腔磁控管

7、来研究这一问题。N=105、磁控管中电子与高频电磁场的相互作用（能量转换）当振荡已经产生时，在相互作用空间就同时存在有四个场：恒定电场Eo、恒定磁场B0、高频电场E’、高频磁场B’。如同所有其他振荡器自激的条件一样,电子沿阴极运动的平均速度与阴极谐振腔口高频场相位变化的速度同步，使电子运动经过各个腔口时始终都碰到是高频推斥场。从物理意义上说，这一条件就意味着电子始终处于高频场的减速场中，这样电子就最有效的把自己从直流电场中获得的能量交给高频场而完成能量转换的任务6、电子轮辐由于受高频电场径向分量的作用，第一类电子在运动过程中落后和第

8、三类电子在运动过程中超前，而都逐渐接近于第四类电子。也就是逐渐地改善了相对于高频场的相位，并落于推斥的切向场中，因而转变为有利电子，使得磁控管的效率提高了。这种群聚的结果就使从阴极出发的电子不再是均匀地绕着阴极运动，而是相对于第四类电