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微波炉的工作原理
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概述
微波能量是由微波发生器产生的,微波发生器包括微波管和微波管电源两个部分。其中微波管电源(简称电源或微波源)的作用是把常用的交流电能变成直流电能,为微波管的工作创造条件。微波管是微波发生器的核心,它将直流电能转变成微波能。
微波管有微波晶体管和微波电子管两大类。微波晶体管输出功率较小,一般用于测量和通讯等领域。微波电子管种类很多,常用的有磁控管、速调管、行波管等。它们的工作原理不同、结构不同、性能各异,在雷达、导航、通讯、电子对抗和加热,科学研究等方面都得到广泛的应用。由于磁控管的结构简单、效率高、工作电压低、电源简单和适应负载变化的能力强,因而特别适用于微波加热和微波能的其他应用。磁控管由于工作状态的不同可分为脉冲磁控管和连续波磁控管两类。微波加热设备主要工作于连续波状态,所以多用连续波磁控管。
磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件。实质上是一个置于恒定磁场中的二极管。管内电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下,与高频电磁场发生相互作用,把从恒定电场中获得能量转变成微波能量,从而达到产生微波能的目的。
磁控管种类很多,这里主要介绍多腔连续波磁控管。
磁控管由管芯和磁钢(或电磁铁)组成。管芯的结构包括阳极、阴极、能量输出器和磁路系统等四部分。管子内部保持高真空状态。下面分别介绍各部分的结构及其作用。
1 阳极
阳极是磁控管的主要组成之一,它与阴极一起构成电子与高频电磁场相互作用的空间。在恒定磁场和恒定电场的作用下,电子在此空间内完成能量转换的任务。磁控管的阳极除与普通的二极管的阳极一样收集电子外,还对高频电磁场的振荡频率起着决定性的作用。
阳极由导电良好的金属材料(如无氧铜)制成,并设有多个谐振腔,谐振腔的数目必须是偶数,管子的工作频率越高腔数越多。阳极谐振腔的型式常为孔槽形、扇形和槽扇型,阳极上的每一个小谐振腔相当于一个并联的2C振荡回路。以槽扇型腔为例,可以认为腔的槽部分主要构成振荡回路的电容,而其扇形部分主要构成振荡回路的电感。由微波技术理论可知,谐振腔的谐振频率与腔体的几何尺寸成反比。腔体越大其工作频率越低。于是,我们可以根据腔体的尺寸来估计它的工作频段。磁控管的阳极由许多谐振腔耦合在一起,形成一个复杂的谐振系统。这个系统的谐振腔频率主要决定于每个小谐振腔的谐振频率,我们也可以根据小谐振腔的大小来估计磁控管的工作频段。
磁控管的阳极谐振系统除能产生所需要的电磁振荡外,还能产生不同特性的多种电磁振荡。为使磁控管稳定的工作在所需的模式上,常用"隔型带"来隔离干扰模式.隔型带把阳极翼片一个间隔一个地连接起来,以增加工作模式与相邻干扰模式之间的频率间隔。
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