微波的产生

微波的产生

    微波能通常由直流电或50Hz交流电通过某一特殊的器件来获得。虽然产生微波能量的器件有很多种，但主要是电子管和半导体器件。在电子管器件中能产生大功率微波能量的主要有磁控管，速调管，微波三、四极管等等。相比之下，由于微波三、四极管本身结构较为复杂，使用时还要外加谐振腔，而且频率在900MHz以上要获得千瓦以上的功率比较困难，因此限制了它在微波加热上的应用，半导体器件在获得微波大功率方面与电子管相比至少相差三个数量级，无法获得几十千瓦的微波功率。因此，在目前和将来的一段时间内，微波加热领域特别是工业运用中，主要使用的是磁控管和速调管。

    1.磁控管的结构

    磁控管通常具有一个以高导电率无氧铜做成的阳极、一个发射电子的直热式或间热式阴极。

    阳极同时又是产生高频振荡的谐振问路，类似于高频发射机中槽路的职能。在阴极与阳极之间是电子作用空间。在这一空间上，要加有均匀的、与阴极轴线相平行的强磁场。磁场通常由两种方式来产生。在小功率磁拄管里往往采用永久磁铁，大功率磁控管则更普通地使用电磁铁c微波能量的输出一般有3种形式，(1)同轴输出；(2)波导输出；(3)天线辐射器一转换到波导。

    为了保证作用空间的磁场均匀及减少磁漏，在磁控管的两端带有软铁制成的磁极并构成电子管外壳的一部分。磁控管阴极根据不同的设计通常有以下几种形式；

(1)氧化物阴极；

(2)以钨为基体渗有活性物质的阴极；
    (3)社钨阴极；

    (4)纯钨阴极。

    其中，(1)、(2)种阴极常做成间热式。(3)、(4)种常做成直热式：

    2.磁控管的工作原理

    当磁控管阴极与阳极问存在着一定的直流电场时，从阴极发射的电子受阳极亡正电位加速而向阅极移动，移动速度正比于电比的二分之一次方。出于空间存在着磁场，磁场方向正好与电场方向垂直，同时也与电子运动方向垂直。众所周知．当带电体在垂直磁场中运动时，将受到磁力的作用、该作用力与磁场及电子的运动方向垂直。因此，当电子离开阴极向阳极移动时受到磁力的作用，结果使电子偏离原来的方向而呈圆周状运动。不同的磁场及电场比值使电子只行不同的圆周运动半径。显然，过低的电场或过高的磁场，使电子飞离阴极绕圆弧运动后仍然回到阴极。在某一特定的电压及磁场值．正好电子能绕阴极旋转(可以大致认为运动的圆周半径大于阴极的个径而小于阳极的半径)。在这两种情况下，虽然在阴极和阳极间加有自流电压，但是在外电路里将不出现阳极电流。只有当阳极电压超过某—电压值时，在外电路里才会出现电流。这一状态称之为临界状态。如果阳极电压继续升高，那么电子运动的半径超过了阳极半径，电子在作用空间又不能绕圆周运动而是直接打到阳极上去。我们需要的也就是能进行能量交换的只是电子能绕圆周运动的状态。谐振腔类似于高频发射机中电感线圈与电容器所组成的谐振回路或称“槽路”c在磁控管工作时，相邻谐振腔高频磁场方向相反，其翼片上的高频电场方向也相反。即在二相邻谐振腔间有180度的相位差。因此，可以认为，在阴极面上发射的电子，如果是处于正电场的冀片为负的位置，电子就比没有高颇场时馒。当电子受磁场作用力而绕反时针方向旋转时，正高频场附近出发的电子将会追赶负高频场附近出发的电子。相反，负高频场附近出发的电子则由于减速，而好似在等待追上来的电子。其结果便是在作用场空间出现运动的电子“云集”现象，这种密集的电子云，沿着阴极轴心而旋转着。

    要维持高频振荡，还必须使电子云的旋转有一定的速度，使电子从这一翼片飞到下一翼片时，翼片上的高额场正好改变—次方向，即所需时间为振荡周期的二分之一。为使电子获得这一速度所要加的阳极电压称为同步电压。

    现在再看一看阳极板上谐振腔的作用。磁控管有10个谐振腔、每一个当电子旋转到谐振腔冀片附近时，如果正好翼片处于负高频场，那么将对电子呈排斥作用而使电子速度降低，由于电子降低速度而丧失的能量实际上激励了高频场，从而将能量交给了高频场，即运动的动能转化为磁场的势能。电子向阳极飞去。当然，在磁控管中，电子并没幢到阳极亡．而是由于受磁场作用人重新返回到阴极附近，它的动能又变成了势能，这样一来重又受阳极电压的加速而飞团阳极进行第二次能量交换。但必须注意到，每次进行能量交换，都有一个能且损失，直到最后，电子的位能越来越少而飞不动，落到阳极上而将剩余的能量变成热能耗散在阳极上。但也有这样一些电子，从阴极出发不是把能量交给高频场，而是从高频场得到加速，吸取了部分高频能量，从而使其受磁场作用力回到阴极时速度仍大于零，它便向阴极撞击而使阴极获得额外的热量。即回轰阴极现象。回轰阴极的功率与磁控管输入功率及输出回路的负截驻波大小有关。在输出回路负载失配情况下，过大的回轰会使阴极过热以至缩短管子的工作寿命，甚至可能将阴极烧毁。因此，当同一只磁控管工作卡：不同的功率时，必须根据规范加不同的灯丝电压c