磁控管工作原理

磁控管是一種用來產生微波能的電真空器件。實質上是乙個置於恆定磁場中的二極體。管內電子在相互垂直的恆定磁場和恆定電場的控制下，與高頻電磁場發生相互作用，把從恆定電場中獲得能量轉變成微波能量，從而達到產生微波能的目的。

磁控管由於工作狀態的不同可分為脈衝磁控管和連續波磁控管兩類。

磁控管由管芯和磁鋼（或電磁鐵）組成。管芯的結構包括陽極、陰極、能量輸出器和磁路系統等四部分。管子內部保持高真空狀態。下面分別介紹各部分的結構及其作用。

1.陽極

陽極是磁控管的主要組成之一，它與陰極一起構成電子與高頻電磁場相互作用的空間。在恆定磁場和恆定電場的作用下，電子在此空間內完成能量轉換的任務。磁控管的陽極除與普通的二極體的陽極一樣收集電子外，還對高頻電磁場的振盪頻率起著決定性的作用。

陽極由導電良好的金屬材料（如無氧銅）製成，並設有多個諧振腔，諧振腔的數目必須是偶數，管子的工作頻率越高腔數越多。

陽極諧振腔的型式常為孔槽形、扇形和槽扇型，陽極上的每乙個小諧振腔相當於乙個併聯的lc振盪迴路。以槽扇型腔為例，可以認為腔的槽部分主要構成振盪迴路的電容，而其扇形部分主要構成振盪迴路的電感。

磁控管的陽極由許多諧振腔耦合在一起，形成乙個複雜的諧振系統。這個系統的諧振腔頻率主要決定於每個小諧振腔的諧振頻率，我們也可以根據小諧振腔的大小來估計磁控管的工作頻段

磁控管的陽極諧振系統除能產生所需要的電磁振盪外，還能產生不同特性的多種電磁振盪。為使磁控管穩定的工作在所需的模式上,常用隔型帶來隔離干擾模式.隔型帶把陽極翼片乙個間隔乙個地連線起來,以增加工作模式與相鄰干擾模式之間的頻率間隔。

另外,由於經能量交換後的電子還具有一定的能量,這些電子打上陽極使陽極溫度公升高,陽極收集的電子越多(即電流越大),或電子的能量越大(能量轉換率越低),陽極溫度越高,因此,陽極需有良好的散熱能力.一般情況下功率管採用強迫風冷,陽極帶有散熱片.大功率管則多用水冷,陽極上有冷卻水套。

2.陰極及其引線

磁控管的陰極即電子的發射體,又是相互作用空間的乙個組成部分。陰極的效能對管子的工作特性和壽命影響極大，被視為整個管子的心臟。

陰極的種類很多，效能各異。連續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，通電流加熱到規定溫度後就具有發射電子的能力。這種陰極具有加熱時間短和抗電子轟擊能力強等優點，在連續波磁控管中得到廣泛的應用。

此種陰極加熱電流大，要求陰極引線要短而粗，連線部分要接觸良好。大功率管的陰極引線工作時溫度很高，常用強迫風冷散熱。磁控管工作時陰極接負高壓，因此引線部分應有良好的絕緣性能並能滿足真空密封的要求。

為防止因電子回轟而使陽極過熱，磁控管工作穩定後應按規定降低陰極電流以延長使用壽命。

3.能量輸出器

能量輸出器是把相互作用空間中所產生的微波能輸送到負載去的裝置。

能量輸出裝置的作用是無損耗，無擊穿地通過微波，保證管子的真空密封，同時還要做到便於與外部系統相連線。

小功率連續波磁控管大多採用同軸輸出在陽極諧振腔高頻磁場最強的地方。放置乙個耦合環，當穿過環麵的磁通量變化時，將在環上產生高頻感應電流，從而將高頻功率引到環外。耦合環面積越大耦合越強。

大功率連續波磁控管常用軸向能量輸出器，輸出天線通過極靴孔洞連線到陽極翼片上。天線一般做成條狀或圓棒也可為錐體。整個天線被輸出窗密封。

輸出窗常用低損耗特性的玻璃或陶瓷製成。它不須保證微波能量無損耗的通過和具有良好的真空氣密性。大功率管的輸出窗常用強迫風冷來降低由於介質損耗所產生的熱量。

4.磁路系統

磁控管正常工作時要求有很強的恆定磁場，其磁場感應強度一般為數千高斯。工作頻率越高，所加磁場越強。

磁控管的磁路系統就是產生恆定磁場的裝置。磁路系統分永磁和電磁兩大類。永磁系統一般用於小功率管，磁鋼與管芯牢固合為一體構成所謂包裝式。

大功率管多用電磁鐵產生磁場，管芯和電磁鐵配合使用，管芯內有上、下極靴，以固定磁隙的距離。磁控管工作時，可以很方便的靠改變磁場強度的大小，來調整輸出功率和工作頻率。另外，還可以將陽極電流饋入電磁線包以提高管子工作的穩定性。