微波的產(chǎn)生

微波的產(chǎn)生

    微波能通常由直流電或50Hz交流電通過某一特殊的器件來獲得。雖然產(chǎn)生微波能量的器件有很多種，但主要是電子管和半導(dǎo)體器件。在電子管器件中能產(chǎn)生大功率微波能量的主要有磁控管，速調(diào)管，微波三、四極管等等。相比之下，由于微波三、四極管本身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，使用時還要外加諧振腔，而且頻率在900MHz以上要獲得千瓦以上的功率比較困難，因此限制了它在微波加熱上的應(yīng)用，半導(dǎo)體器件在獲得微波大功率方面與電子管相比至少相差三個數(shù)量級，無法獲得幾十千瓦的微波功率。因此，在目前和將來的一段時間內(nèi)，微波加熱領(lǐng)域特別是工業(yè)運用中，主要使用的是磁控管和速調(diào)管。

    1.磁控管的結(jié)構(gòu)

    磁控管通常具有一個以高導(dǎo)電率無氧銅做成的陽極、一個發(fā)射電子的直熱式或間熱式陰極。

    陽極同時又是產(chǎn)生高頻振蕩的諧振問路，類似于高頻發(fā)射機中槽路的職能。在陰極與陽極之間是電子作用空間。在這一空間上，要加有均勻的、與陰極軸線相平行的強磁場。磁場通常由兩種方式來產(chǎn)生。在小功率磁拄管里往往采用永久磁鐵，大功率磁控管則更普通地使用電磁鐵c微波能量的輸出一般有3種形式，(1)同軸輸出；(2)波導(dǎo)輸出；(3)天線輻射器一轉(zhuǎn)換到波導(dǎo)。

    為了保證作用空間的磁場均勻及減少磁漏，在磁控管的兩端帶有軟鐵制成的磁極并構(gòu)成電子管外殼的一部分。磁控管陰極根據(jù)不同的設(shè)計通常有以下幾種形式；

(1)氧化物陰極；

(2)以鎢為基體滲有活性物質(zhì)的陰極；
    (3)社鎢陰極；

    (4)純鎢陰極。

    其中，(1)、(2)種陰極常做成間熱式。(3)、(4)種常做成直熱式：

    2.磁控管的工作原理

    當(dāng)磁控管陰極與陽極問存在著一定的直流電場時，從陰極發(fā)射的電子受陽極亡正電位加速而向閱極移動，移動速度正比于電比的二分之一次方。出于空間存在著磁場，磁場方向正好與電場方向垂直，同時也與電子運動方向垂直。眾所周知．當(dāng)帶電體在垂直磁場中運動時，將受到磁力的作用、該作用力與磁場及電子的運動方向垂直。因此，當(dāng)電子離開陰極向陽極移動時受到磁力的作用，結(jié)果使電子偏離原來的方向而呈圓周狀運動。不同的磁場及電場比值使電子只行不同的圓周運動半徑。顯然，過低的電場或過高的磁場，使電子飛離陰極繞圓弧運動后仍然回到陰極。在某一特定的電壓及磁場值．正好電子能繞陰極旋轉(zhuǎn)(可以大致認(rèn)為運動的圓周半徑大于陰極的個徑而小于陽極的半徑)。在這兩種情況下，雖然在陰極和陽極間加有自流電壓，但是在外電路里將不出現(xiàn)陽極電流。只有當(dāng)陽極電壓超過某—電壓值時，在外電路里才會出現(xiàn)電流。這一狀態(tài)稱之為臨界狀態(tài)。如果陽極電壓繼續(xù)升高，那么電子運動的半徑超過了陽極半徑，電子在作用空間又不能繞圓周運動而是直接打到陽極上去。我們需要的也就是能進行能量交換的只是電子能繞圓周運動的狀態(tài)。諧振腔類似于高頻發(fā)射機中電感線圈與電容器所組成的諧振回路或稱“槽路”c在磁控管工作時，相鄰諧振腔高頻磁場方向相反，其翼片上的高頻電場方向也相反。即在二相鄰諧振腔間有180度的相位差。因此，可以認(rèn)為，在陰極面上發(fā)射的電子，如果是處于正電場的冀片為負(fù)的位置，電子就比沒有高頗場時饅。當(dāng)電子受磁場作用力而繞反時針方向旋轉(zhuǎn)時，正高頻場附近出發(fā)的電子將會追趕負(fù)高頻場附近出發(fā)的電子。相反，負(fù)高頻場附近出發(fā)的電子則由于減速，而好似在等待追上來的電子。其結(jié)果便是在作用場空間出現(xiàn)運動的電子“云集”現(xiàn)象，這種密集的電子云，沿著陰極軸心而旋轉(zhuǎn)著。

    要維持高頻振蕩，還必須使電子云的旋轉(zhuǎn)有一定的速度，使電子從這一翼片飛到下一翼片時，翼片上的高額場正好改變—次方向，即所需時間為振蕩周期的二分之一。為使電子獲得這一速度所要加的陽極電壓稱為同步電壓。

    現(xiàn)在再看一看陽極板上諧振腔的作用。磁控管有10個諧振腔、每一個當(dāng)電子旋轉(zhuǎn)到諧振腔冀片附近時，如果正好翼片處于負(fù)高頻場，那么將對電子呈排斥作用而使電子速度降低，由于電子降低速度而喪失的能量實際上激勵了高頻場，從而將能量交給了高頻場，即運動的動能轉(zhuǎn)化為磁場的勢能。電子向陽極飛去。當(dāng)然，在磁控管中，電子并沒幢到陽極亡．而是由于受磁場作用人重新返回到陰極附近，它的動能又變成了勢能，這樣一來重又受陽極電壓的加速而飛團陽極進行第二次能量交換。但必須注意到，每次進行能量交換，都有一個能且損失，直到最后，電子的位能越來越少而飛不動，落到陽極上而將剩余的能量變成熱能耗散在陽極上。但也有這樣一些電子，從陰極出發(fā)不是把能量交給高頻場，而是從高頻場得到加速，吸取了部分高頻能量，從而使其受磁場作用力回到陰極時速度仍大于零，它便向陰極撞擊而使陰極獲得額外的熱量。即回轟陰極現(xiàn)象。回轟陰極的功率與磁控管輸入功率及輸出回路的負(fù)截駐波大小有關(guān)。在輸出回路負(fù)載失配情況下，過大的回轟會使陰極過熱以至縮短管子的工作壽命，甚至可能將陰極燒毀。因此，當(dāng)同一只磁控管工作卡：不同的功率時，必須根據(jù)規(guī)范加不同的燈絲電壓c