1、磁控管原理入門及動畫演示第一頁，課件共37頁 摘要一、概述二、磁控管工作原理三、磁控管結構四、磁控管性能參數及測試五、磁控管使用要注意的問題 第二頁，課件共37頁 一、概述 磁控管是微波電子管的一種，是一種重入式諧振型正交場振蕩器，通常作為高功率微波能發生器。它最主要的特點是高效率和低工作電壓，其次是由于結構簡單而帶來的體積小、重量輕、使用方便、工作可靠和成本低等特點。主要用于雷達、通訊、電子對抗、微波加熱等方面。 隨著微波理療、微波輻射武器、微波等離子推進、微波促進化學反應等方面的發展，磁控管行業也得到了較大發展。第三頁，課件共37頁一、概述 磁控管由于工作狀態不同，可分為脈沖磁控管和連續波

2、磁控管二類，前者主要用于雷達、通訊、電子對抗等，后者主要用于微波加熱及醫療等微波設備，主要有三種：300W以下的供理療用400-1000W供微波爐加熱用1000W以上供工、農業使用 工作頻率有915MHz和2450MHz兩種第四頁，課件共37頁二、工作原理一、總論 磁控管從原理上來講是一種特殊的二極管，它有一個圓筒狀的陰極以及一個與之同軸的陽極。在工作過程中陰極發射出的電子流在外部直流電場中獲得動能，并將動能的一部分轉換成振蕩體系的交變電場，就使振蕩體系維持穩定的振蕩過程，振蕩體系通過天線耦合發射出微波。 重點：能量的來源；能量的交換。二、靜態磁控管的基本特征 為了使問題簡單，我們先來研究一下

3、在平板電極系統中存在正交的直流電磁場時電子的運動特征，這樣的磁控管稱為“靜態磁控管”。第五頁，課件共37頁 靜態磁控管系統如下圖所示： 假設兩個無限大的相互平行的平板電極（近似磁控管的陰極與陽極）間的距離為d，兩個極板之間的直流電壓為V，這時兩極之間的直流電場為E=V/d；兩極板之間還同時存在一個與圖面垂直的均勻直流磁場，其磁感應強度為B。二、工作原理第六頁，課件共37頁1、靜態磁控管中電子的運動（電場+磁場） 如無磁場，則電子逸出陰極之后，就會在電場力的作用下直接向陽極運動，此電場力 若除電場之外，在陰極陽極空間還有一個磁場，那么電子運動的軌跡就不再是直線。假設磁場強度是B，磁場方向與圖面垂

4、直，這時，電子就受到電場和磁場兩種外力的作用。 磁場對電子的作用力是：在電子運動的全過程中，電場力F始終保持不變。但磁場力不但大小要變，而且方向也變第七頁，課件共37頁 當磁通密度B=0時為直線1；BBKP時為曲線2；B=BKP時為曲線3；BBKP時為曲線4。1、靜態磁控管中電子的運動第八頁，課件共37頁2、磁控管中的諧振系統 多腔磁控管中的高頻系統是一個有許多小的諧振腔組成的諧振系統，這些小的諧振腔的數目在厘米波段上的管子中，一般可有832個，毫米波段會更多些。這些諧振腔均勻的分布在陽極圓周上，而且每一腔的縫隙口均與相互作用空間相通，每個小腔不是孤立的，他們通過相互作用空間和管子的頂部空間相

5、互耦合在一起，從而形成一個復雜的多腔諧振系統。第九頁，課件共37頁 現在我們設想一種“展開”式的磁控管，組成陽極塊的諧振腔不象平常一樣排列在圓周上，而是排列成一條直線（圖 12）。陽極與陰極之間有外加電源Ua構成足夠大的電位差，并有一均勻磁場方向垂直圖面向里。電子流在恒定磁場與電場作用下，“吹過”電諧振器，此時，電子流就按擺線的軌跡運動電子流的速度達到固定值Ve時，在諧振器中建立起振蕩。3、磁控管的自激第十頁，課件共37頁4、磁控管諧振系統的諧振模式多腔磁控管的諧振系統是一個由N個諧振腔組成的復雜系統，我們假定各個諧振腔都是完全相同的。如果振蕩已經產生，則在各個諧振腔中都有高頻振蕩。在不同的腔

6、中，振蕩的相位可以是不同的。但每兩個相鄰腔的振蕩相位差應該是一樣的。由于整個諧振系統是封閉的，環繞一整周時總的相位差應為零或2的整數倍。于是可得： N=2*n n=0、1、2、3、- (1) 其中N為陽極諧振腔的數目，為相鄰諧振腔中電磁振蕩的相位差。 由（1）式得： =2n/N (2) 也就是說，當磁控管的腔數N確定后，可以有許多不同的相位差同時滿足這一閉合回路的諧振條件。相應于不同的n就有不同的諧振模式，他們有不同的諧振頻率和場結構。n現在用一個八腔磁控管來研究這一問題。N=10模式編號01234567891011相位差0/52/5 3/5 4/56/5 7/5 8/5 9/52 /5+2不

7、同的模式對應的相位差第十一頁，課件共37頁第十二頁，課件共37頁5、磁控管中電子與高頻電磁場的相互作用 （能量轉換） 當振蕩已經產生時，在相互作用空間就同時存在有四個場：恒定電場Eo、恒定磁場B0、高頻電場E、高頻磁場B。 如同所有其他振蕩器自激的條件一樣,電子沿陰極運動的平均速度與陰極諧振腔口高頻場相位變化的速度同步，使電子運動經過各個腔口時始終都碰到是高頻推斥場。 從物理意義上說，這一條件就意味著電子始終處于高頻場的減速場中，這樣電子就最有效的把自己從直流電場中獲得的能量交給高頻場而完成能量轉換的任務第十三頁，課件共37頁6、電子輪輻 由于受高頻電場徑向分量的作用，第一類電子在運動過程中落

8、后和第三類電子在運動過程中超前，而都逐漸接近于第四類電子。也就是逐漸地改善了相對于高頻場的相位，并落于推斥的切向場中，因而轉變為有利電子，使得磁控管的效率提高了。這種群聚的結果就使從陰極出發的電子不再是均勻地繞著陰極運動，而是相對于第四類電子形成電子群。這些電子群從陰極伸向陽極形成輪輻狀，我們稱之為“電子輪輻”。 第十四頁，課件共37頁陽極板天線輸出K+第十五頁，課件共37頁三、磁控管結構黑球射頻密封墊圈密封墊片安裝底板磁鐵散熱片屏蔽盒蓋螺絲標簽屏蔽盒支架濾波組件穿心電容支架組件扼流線圈第十六頁，課件共37頁黑球白球天線帽輸出組件陽極組件陰極組件A側磁極A側磁極第十七頁，課件共37頁管芯構造天

9、線帽絕緣環均壓環陽極筒燈絲天線磁極A側陽極板磁極K側第十八頁，課件共37頁陽極回路天線安裝位置均壓環(大)均壓環(小)陽極板陽極筒均壓環(大)均壓環(小)A側磁極天線陽極板陽極筒K側磁極陽極平面陽極斷面第十九頁，課件共37頁燈絲線圈的橫截面陰極構造W2CW+ThO2(釷鎢)(碳化鎢)易碎的陰極回路端帽引出線鈦帽燈絲線圈K側管支持體本體端子支持體第二十頁，課件共37頁步驟： 散熱片壓入 密封墊片壓入 螺釘緊固 濾波組件鉚接 屏蔽盒蓋鉚接第二十一頁，課件共37頁四、主要性能參數及測試磁控管的幾個常規電參數值如下：1、Ebm 陽極電壓(KV) 2、Po 平均功率(W) 3、 效率 4、fo 頻率(M

10、Hz)5、If 燈絲電流 (A) 6、Ib 陽極電流（mA） 7、Ef 燈絲電壓（V） 8、絕緣耐壓 9、微波泄漏例如： 2M219系列磁控管的性能參數： Ebm：4.20.2KV Po：94540W fo：245810MHz If：102A Ib： 最大值360mA（標準測試條件300mA）Ef：2.83.75V（標準測試條件3.3V） 耐壓：Et=10kVDC或Et=7.1kVAC t=60sec 絕緣：最小200M2M217系列磁控管的性能參數： Ebm：3.90.2KV Po：58030W fo：245610MHz If：102A Ib： 最大值250mA（標準測試條件200mA）Ef

11、：2.83.75V（標準測試條件3.3V） 耐壓：Et=10kVDC或Et=7.1kVAC t=60sec 絕緣：最小200M第二十二頁，課件共37頁1、磁控管測試項目 常規項目1、導波管實驗2、匹配性能測試 3、輸入輸出性能測試 4、溫升試驗 5、均勻性測試 6、EMI測試 7、壽命試驗8、磁控管動作特性測試第二十三頁，課件共37頁1、導波管實驗第二十四頁，課件共37頁一、試驗方法試驗準備物：微波爐、調壓器、電參數測量儀、交流電流表（或鉗流表）、交流電壓表、示波器、高壓探頭。 將微波爐外罩打開，按右圖所示接線 。微波爐在額定電壓和正常負載下啟動后，表V1顯示的燈絲電壓、表A1顯示的燈絲電流、

12、示波器CH1通道顯示的陽極峰值電流、陽極平均電流和示波CH2通道顯示的陽極峰值電壓、陽極平均電壓、電參數測量儀顯示的輸入功率、其值應滿足技術要求，CH1通道顯示陽極電流波形符合相應的技術規定。2、磁空管特性參數測量第二十五頁，課件共37頁3、磁控管工作特性測試磁控管負載特性圖磁控管工作特性圖第二十六頁，課件共37頁4、匹配實驗 技術要求空載阻抗測試：微波爐按規定的方法試驗時，微波爐的電壓駐波比（VSWR）20，相位在非下陷區（0.25）,其圖如右圖所示。負載阻抗測試：微波爐按規定的方法試驗時，微波爐的電壓駐波比（VSWR）4，相位在0.25-0.29,其圖如圖所示 第二十七頁，課件共37頁5、

13、EMI實驗檢測項目：150KHz30MHz傳導騷擾測試150KHz30MHz磁場騷擾測試30MHz1GHz電場輻射騷擾測試1GHz18GHz電磁場輻射騷擾測試 第二十八頁，課件共37頁標準3M法電波暗室屏蔽室反射箱第二十九頁，課件共37頁基本頻率(2455MHz) 輻射干擾屏蔽門結構門鎖鐵氧體門or磁控管電源變壓器爐門窗口爐腔爐蓋前后導波管冷卻風微波爐輻射干擾的設計第三十頁，課件共37頁6、壽命實驗磁控管壽命依賴性陽極電流陽極溫度陰極溫度電源回路ON-OFF斷續周期負荷條件高負荷均壓環變形陰極變形陽極溫度上升陰極溫度上升真空漏氣真空管內多余氣體放出均壓環變形散熱損失陰極變形電子發射劣化冷啟動陽

14、極陰極的熱應力散熱損失陽極熱應力陰極變形電子發射劣化慢周期熱應力漏氣/屏蔽網燒焦磁性線圈燒焦陽極溫度上升異常電場發生陽極溫度上升陰極溫度上升實驗方式：1、連續 2、2分通1分斷 3、5秒通5秒斷第三十一頁，課件共37頁五、使用磁控管要注意的幾個問題1.負載要匹配 此區域為磁控管的負載工作最佳區域，如微波爐的工作區域偏離此區域將造成微波爐的輸出功率低、效率低及溫升高、打火、聚焦等不良現象磁控管負載特性圖（雷基圖）第三十二頁，課件共37頁空載效果較好的匹配圖空載效果差的匹配圖1.負載要匹配微波爐與磁控管匹配特性測試圖第三十三頁，課件共37頁負載效果較好的匹配圖負載效果差的匹配圖微波爐與磁控管匹配特性測試圖1.負載要匹配第三十四頁，課件共37頁2.對供電電源的要求注意：如右圖所示（已標出同名端）就應為A、C連接，接反了會有影響： 浪涌電壓將升高0.5KV。 陽極溫升將升高10左右。 微波爐效率將下降12磁控管電源接線圖第三十五頁，課件共37頁2.對供電電源的要求電容與變壓器匹配較差電容與變壓器匹配較好變壓器與高壓電容性能匹配圖第三十六頁，課件共37頁冷卻是保證磁控管正常工作的條件之一，大功率磁控管的陽極常用 水冷，微波爐是采用強迫風冷，其風量設計一定要保證磁控管的使用要求。冷卻不良將使管子過