磁控管的結(jié)構(gòu)

磁控管的結(jié)構(gòu)

 磁控管通常有一個(gè)高導(dǎo)電率 無(wú)氧銅制成的陽(yáng)極，腔體中間是一個(gè)發(fā)射電子的陰極，陽(yáng)極上有許多小腔是產(chǎn)生高頻率振蕩的 諧振回路，陰極及陽(yáng)極中間為電 子作用的空腔，在這一空腔內(nèi)加有均勻的、與陰極袖線相平行的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)通常由兩種方式產(chǎn)生，在小功率磁控管里往往采用永久磁鐵，而在大功率磁控 管中普遍地使用電磁鐵，將數(shù)千伏直流電壓加在陰極與陽(yáng)極 之間。為了安全起見(jiàn)，通常將陽(yáng)極接地，而將陰極接以負(fù)高 壓。微波能量的輸出一般有三種形式：①同軸輸出型。②波導(dǎo)輸出型。③天線輻射型。

為了保證作用空間的磁場(chǎng)均勻及減少漏磁，在磁控管的天線-極極陰陽(yáng)兩端帶有軟鐵制成的磁極，并由其構(gòu)成電子管外殼的一部分。 磁控管陰極根據(jù)不同的設(shè)計(jì)，通常做成間熱式和直熱式兩種。 所謂間熱式，即陰極由熱源來(lái)加熱，而熱源就裝在陰極管內(nèi)。 而直熱式，即熱源本身就是用電子發(fā)射材料 制成的，它既是加熱體又是陰極。

    磁控管工作原理 當(dāng)磁控管陰極與陽(yáng)極間存在著一定的直 流電場(chǎng)時(shí)，從陰極發(fā)射的電子受陽(yáng)極上正電 位的影響加速而向陽(yáng)極移動(dòng)，空間交叉存在 著磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向與電場(chǎng)方向垂直，同時(shí)也與 電子運(yùn)動(dòng)方向垂直。眾所周知，當(dāng)帶電體在垂 直磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),將受到磁場(chǎng)的作用力，該作 用力與磁場(chǎng)及電子運(yùn)動(dòng)的方向垂直。因此，電子離開(kāi)陰極向陽(yáng)極移動(dòng)時(shí)受到磁場(chǎng)力的作用，結(jié)果使電子偏離原來(lái)的方向而呈圓周狀運(yùn)動(dòng)。不同的磁場(chǎng) 與電場(chǎng)比值使電子具有不同的圓周運(yùn)動(dòng)半徑。在某一持定的 電壓及磁場(chǎng)值下，正好電子能繞陰極旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，雖 然在陰極與陽(yáng)極間加有直流電壓，但是在外電路將不出現(xiàn)陰 極電流。只有陽(yáng)極電壓超過(guò)某一壓值時(shí)，在外電路里才會(huì)出現(xiàn) 電流。這一狀態(tài)稱之為臨界狀態(tài)。如果陽(yáng)極電壓繼續(xù)升高,那 末電子運(yùn)動(dòng)的半徑會(huì)超過(guò)陽(yáng)極的內(nèi)徑，電子在作用空間作一 定狀態(tài)的圓周運(yùn)動(dòng)并最終打到陽(yáng)極。磁控管的功能就是能產(chǎn) 生一定圓周運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子，把電子由電場(chǎng)中獲得的能量在 到達(dá)陽(yáng)極的過(guò)程中不斷地轉(zhuǎn)換為諧振腔中高頻振蕩所需的能 釐，并以一定頻率發(fā)射。能進(jìn)行能量交換的高頻圓周運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 的電子，要靠陽(yáng)極上諧振腔的作用。陽(yáng)極有偶數(shù)個(gè)諧振腔，或稱“槽路”。在磁控管X作時(shí)，相鄰諧振腔上的磁場(chǎng)方向相反 ，其翼片上的電場(chǎng)方向也相反，即在 二相鄰諧振腔間有180。的相位差，通常稱之為磁控管的X模 振蕩。由干腔內(nèi)存在著高頻電磁場(chǎng)，因此在高頻率電場(chǎng)為負(fù)的 翼片附近，高頻電場(chǎng)與直流電場(chǎng)方向相反而部分抵銷，因此， 在陰極上發(fā)射的電子，如果是處于陽(yáng)極的翼片為負(fù)的位置，電 子運(yùn)動(dòng)連度就比沒(méi)有高頻場(chǎng)時(shí)慢。當(dāng)電子受磁場(chǎng)的作用力而 反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，處于正高頻場(chǎng)附近的電子的運(yùn)動(dòng)速度將 大于處于負(fù)高頻場(chǎng)附近的電子的運(yùn)動(dòng)速度，其結(jié)果是，在兩極 之間的腔中作圓周運(yùn)動(dòng)的電子將出現(xiàn)“集聚”現(xiàn)象，均勻的電 子分布變成了樣的翼狀電子云”，繞著陰極軸心旋 轉(zhuǎn)。

    磁控管的電子運(yùn)動(dòng)頻電磁場(chǎng)的諧振，解釋如下:陰 極以一定的速度發(fā)射電子,當(dāng)電子旋轉(zhuǎn)到諧振腔翼片附近時(shí)， 如果外加電場(chǎng)正好使翼片處電場(chǎng)為負(fù)，那末它將對(duì)電子有排加的陽(yáng)極電壓稱之為同步電壓。斥作用，使電子速度降低，電子速度降低而聽(tīng)損失的能量不 會(huì)消失，而是將能量交換給了高頻電磁場(chǎng)，電子在繞陰極旋 轉(zhuǎn)的過(guò)程中，每經(jīng)過(guò)一個(gè)腔體翼片，均受到一次減速而失去 一部分能量，直到其到達(dá)陽(yáng)極為止。電子在這一過(guò)程中損失 的能量變成了高頻場(chǎng)的能量，再由無(wú)線輻射出去。沒(méi)撞到陽(yáng)極上的磁控管中的電子，由于受場(chǎng)作用力而重新返回到陰極 附近，當(dāng)電子返回到陰極附近時(shí)，它又受到電壓的加速而飛 向陽(yáng)極，進(jìn)行第二次能量交換，循環(huán)往復(fù)直到最后落到陽(yáng)極 上。在陽(yáng)極上，電子將其剩余的能量最終變成了熱能。由此 可見(jiàn)，電子是微波產(chǎn)生的客體，磁控管是電子云的“工作 間’’。在磁控管工作時(shí)，整機(jī)設(shè)備上設(shè)有防止勵(lì)磁電流突然消 失的裝置，以免正在工作的磁控管在失去磁場(chǎng)時(shí)，管內(nèi)強(qiáng)大 的電子云打上陽(yáng)極使磁控管燒毀。

通過(guò)上面知識(shí)的學(xué)習(xí)，我們已基本了解了微波設(shè)備中微 波的來(lái)源，它是一切微波設(shè)備輸出功率的“心臟”。下面是一個(gè)干燥設(shè)備的微波源的性能指示，它可以使我們對(duì)磁控管的 使用有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。