磁控管結(jié)構(gòu)

　　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(wú)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。

　　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。這種陰極具有加熱時(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(guò)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。

　　磁控管工作原理

　　磁控管通常工作在π模，相鄰兩個(gè)諧振腔腔口處微波電場(chǎng)相位正好相差180°，即微波電場(chǎng)方向正好相反（圖2）。雖然這種微波場(chǎng)為駐波場(chǎng)，但在π模的情況下，相當(dāng)于兩個(gè)相同的微波場(chǎng)在圓周上沿相反的方向運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)場(chǎng)的相速值相等。從陰極發(fā)射出的電子在正交電磁場(chǎng)作用下作輪擺線運(yùn)動(dòng)。調(diào)節(jié)直流電壓和恒定磁場(chǎng)，使電子在圓周方向的平均漂移速度v=E/B正好等于在其方向上運(yùn)動(dòng)的一個(gè)微波場(chǎng)的相速v（式中E是直流電壓在互作用空間產(chǎn)生的直流電場(chǎng)平均值，B為軸向恒定磁感應(yīng)強(qiáng)度），電子就可以與微波場(chǎng)作同步運(yùn)動(dòng)。

　　在同步運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，處在微波減速場(chǎng)中的那部分電子將自己的直流位能逐漸交給微波場(chǎng)，并向陽(yáng)極靠攏，最后為陽(yáng)極所收集。這部分電子向微波場(chǎng)轉(zhuǎn)移能量，有利于在磁控管中建立穩(wěn)定的微波振蕩，故稱為有利電子。處在微波加速場(chǎng)的那部分電子從微波場(chǎng)獲得能量并向陰極運(yùn)動(dòng)，最后打在陰極上。這部分電子稱為不利電子。不利電子在回轟陰極時(shí)打出大量的次級(jí)電子，使互作用空間電子的數(shù)量因之增加。最大減速場(chǎng)區(qū)是電子的群聚中心。在它兩旁的電子都受到向這個(gè)群聚中心靠攏的力而向群聚中心運(yùn)動(dòng)。最大加速場(chǎng)區(qū)是電子的散聚中心，附近的電子都受到背離散聚中心的力，分別向左右兩邊運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)化為有利電子。

　　這樣，在振蕩建立過(guò)程中不利電子越來(lái)越少，有利電子越來(lái)越多，并向群聚中心集中，逐步在互作用空間形成輪輻狀電子云。這種處于不同相位下的電子在互作用空間自動(dòng)群聚成輪輻狀電子云的現(xiàn)象，稱為自動(dòng)相位聚焦。在互作用空間的微波場(chǎng)，隨著遠(yuǎn)離陽(yáng)極表面而指數(shù)衰減。因此，在陰極表面的微波場(chǎng)極弱，對(duì)電子的群聚作用極小，在陰極附近不會(huì)形成明顯的電子輪輻，而是形成幾乎均勻分布的電子輪轂。

　　磁控管在互作用空間的電子中有利電子占絕大多數(shù)，而且均在向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，有利電子回旋的時(shí)間又較長(zhǎng)，它們能夠充分地將直流位能輪換成微波能量；回轟陰極的電子比較少，而且它們從陰極發(fā)射后不久就打在陰極上，因而從微波場(chǎng)吸收能量也較少。這樣，互作用空間全部電子與微波場(chǎng)相互作用的總的效果是，電子將直流位能交給微波場(chǎng)，在磁控管中建立起穩(wěn)定的微波振蕩。

　　微波爐磁控管的構(gòu)造原理

　　磁控管是微波爐的關(guān)鍵器件，主要由管芯和磁鐵兩部分構(gòu)成，如圖1。管芯由陰極、燈絲、陽(yáng)極、天線（波導(dǎo)管）等構(gòu)成。

　　其工作原理是：存接通電源后，高壓變壓器次級(jí)燈絲線圈兩端產(chǎn)生的3.3V交流電給磁控管燈絲供電。與此同時(shí)，高壓繞組產(chǎn)生的約2000V交流高壓經(jīng)高壓電容限流，二極管整流后得到約2000V的直流高壓加至磁控管陽(yáng)極，形成加速電場(chǎng)（陽(yáng)極接地，實(shí)際卜是陰極為負(fù)2000V，見圖2），使陰極（分直熱式和間熱式兩種，圖2中為直熱式）發(fā)射的電子向陽(yáng)極加速運(yùn)動(dòng)。在電子向陽(yáng)極加速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中還要受到永久磁鐵所形成的垂直方向上的強(qiáng)磁場(chǎng)作用，因此電子是邊旋轉(zhuǎn)邊向陽(yáng)極加速運(yùn)動(dòng)（就像子彈在槍管中的運(yùn)動(dòng)一樣），旋轉(zhuǎn)速度也不斷變快。陽(yáng)極做成內(nèi)齒輪狀（見圖1b），形成偶數(shù)個(gè)空腔，稱為諧振腔。每個(gè)諧振腔就是一個(gè)微波諧振器，其諧振頻率取決于諧振腔尺寸。電子存通過(guò)扇形諧振腔時(shí)會(huì)發(fā)生振蕩，且頻率不斷升高。當(dāng)頓率達(dá)到2400MHz以后便形成微波，由波導(dǎo)管口發(fā)射，再傳輸?shù)綘t膛內(nèi)對(duì)食品加熱。