磁控管的結構

磁控管的結構

 磁控管通常有一個高導電率 無氧銅制成的陽極，腔體中間是一個發射電子的陰極，陽極上有許多小腔是產生高頻率振蕩的 諧振回路，陰極及陽極中間為電 子作用的空腔，在這一空腔內加有均勻的、與陰極袖線相平行的磁場。磁場通常由兩種方式產生，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，將數千伏直流電壓加在陰極與陽極 之間。為了安全起見，通常將陽極接地，而將陰極接以負高 壓。微波能量的輸出一般有三種形式：①同軸輸出型。②波導輸出型。③天線輻射型。

為了保證作用空間的磁場均勻及減少漏磁，在磁控管的天線-極極陰陽兩端帶有軟鐵制成的磁極，并由其構成電子管外殼的一部分。 磁控管陰極根據不同的設計，通常做成間熱式和直熱式兩種。 所謂間熱式，即陰極由熱源來加熱，而熱源就裝在陰極管內。 而直熱式，即熱源本身就是用電子發射材料 制成的，它既是加熱體又是陰極。

    磁控管工作原理 當磁控管陰極與陽極間存在著一定的直 流電場時，從陰極發射的電子受陽極上正電 位的影響加速而向陽極移動，空間交叉存在 著磁場，磁場方向與電場方向垂直，同時也與 電子運動方向垂直。眾所周知，當帶電體在垂 直磁場中運動時,將受到磁場的作用力，該作 用力與磁場及電子運動的方向垂直。因此，電子離開陰極向陽極移動時受到磁場力的作用，結果使電子偏離原來的方向而呈圓周狀運動。不同的磁場 與電場比值使電子具有不同的圓周運動半徑。在某一持定的 電壓及磁場值下，正好電子能繞陰極旋轉。在這種情況下，雖 然在陰極與陽極間加有直流電壓，但是在外電路將不出現陰 極電流。只有陽極電壓超過某一壓值時，在外電路里才會出現 電流。這一狀態稱之為臨界狀態。如果陽極電壓繼續升高,那 末電子運動的半徑會超過陽極的內徑，電子在作用空間作一 定狀態的圓周運動并最終打到陽極。磁控管的功能就是能產 生一定圓周運動狀態的電子，把電子由電場中獲得的能量在 到達陽極的過程中不斷地轉換為諧振腔中高頻振蕩所需的能 釐，并以一定頻率發射。能進行能量交換的高頻圓周運動狀態 的電子，要靠陽極上諧振腔的作用。陽極有偶數個諧振腔，或稱“槽路”。在磁控管X作時，相鄰諧振腔上的磁場方向相反 ，其翼片上的電場方向也相反，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。由干腔內存在著高頻電磁場，因此在高頻率電場為負的 翼片附近，高頻電場與直流電場方向相反而部分抵銷，因此， 在陰極上發射的電子，如果是處于陽極的翼片為負的位置，電 子運動連度就比沒有高頻場時慢。當電子受磁場的作用力而 反時針方向旋轉時，處于正高頻場附近的電子的運動速度將 大于處于負高頻場附近的電子的運動速度，其結果是，在兩極 之間的腔中作圓周運動的電子將出現“集聚”現象，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。

    磁控管的電子運動頻電磁場的諧振，解釋如下:陰 極以一定的速度發射電子,當電子旋轉到諧振腔翼片附近時， 如果外加電場正好使翼片處電場為負，那末它將對電子有排加的陽極電壓稱之為同步電壓。斥作用，使電子速度降低，電子速度降低而聽損失的能量不 會消失，而是將能量交換給了高頻電磁場，電子在繞陰極旋 轉的過程中，每經過一個腔體翼片，均受到一次減速而失去 一部分能量，直到其到達陽極為止。電子在這一過程中損失 的能量變成了高頻場的能量，再由無線輻射出去。沒撞到陽極上的磁控管中的電子，由于受場作用力而重新返回到陰極 附近，當電子返回到陰極附近時，它又受到電壓的加速而飛 向陽極，進行第二次能量交換，循環往復直到最后落到陽極 上。在陽極上，電子將其剩余的能量最終變成了熱能。由此 可見，電子是微波產生的客體，磁控管是電子云的“工作 間’’。在磁控管工作時，整機設備上設有防止勵磁電流突然消 失的裝置，以免正在工作的磁控管在失去磁場時，管內強大 的電子云打上陽極使磁控管燒毀。

通過上面知識的學習，我們已基本了解了微波設備中微 波的來源，它是一切微波設備輸出功率的“心臟”。下面是一個干燥設備的微波源的性能指示，它可以使我們對磁控管的 使用有一個感性的認識。