本文敘述了大功率連續(xù)波磁控管的研制成果，該管為2450MHz、大功率、水冷、非包裝式、全金屬陶瓷結(jié)構(gòu)、固定頻率連續(xù)波磁控管，該管最大工作效率可達(dá)72%，最大連續(xù)波輸出功率可達(dá)30kW，主要用于工業(yè)加熱和等離子體應(yīng)用，該管的研制成功為國(guó)內(nèi)微波能應(yīng)用提供了高效率的微波源。

　　連續(xù)波磁控管主要用于微波加熱，其機(jī)理是基于微波與物質(zhì)分子相互作用產(chǎn)生的熱效應(yīng)。磁控管作為一種高效率的大功率微波電真空器件，適用于微波能的應(yīng)用。近年來(lái)由于工業(yè)生產(chǎn)、城市生活和節(jié)能環(huán)保的需要，只有采用大功率、性能好的連續(xù)波磁控管才能滿(mǎn)足需求。目前，磁控管仍然是現(xiàn)有微波管中效率很高的微波器件，并且向小型化、高效率、大功率、低成本的方向發(fā)展。

1、關(guān)鍵技術(shù)

　　按照國(guó)際上規(guī)定，連續(xù)波磁控管專(zhuān)用頻率點(diǎn)是915，2450，5800MHz。目前國(guó)內(nèi)外常用的是915和2450MHz。本文所研制的連續(xù)波磁控管頻率為2450MHz，單管最大輸出功率為30kW，已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際同類(lèi)磁控管的技術(shù)水平，該管的研制成功填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)這一領(lǐng)域的空白，為國(guó)內(nèi)微波能的廣泛應(yīng)用提供了高效率的功率源。

　　目前10kW 以下的連續(xù)波磁控管，結(jié)構(gòu)上多數(shù)與普通磁控管差別不大。但是當(dāng)單管功率達(dá)到30kW 時(shí)，由于其輸出功率很大，因而在陰極類(lèi)型的選擇、能量輸出器的結(jié)構(gòu)、工作磁場(chǎng)的方式等方面與一般磁控管有很大的差別，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)突破也在于以上幾個(gè)方面。

　　1.1、陰極設(shè)計(jì)考慮

　　大功率連續(xù)波磁控管陰極采用直熱式金屬陰極，這種陰極結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，不易變形，預(yù)熱時(shí)間短，通常在1min左右。隨著輸出功率的增加，電子回轟陰極加劇，陰極的工作溫度會(huì)快速升高，陰極表面的發(fā)射物質(zhì)就會(huì)加劇蒸散，最終會(huì)使管子效率逐步降低，使用壽命大大縮短。所以大功率連續(xù)波磁控管的陰極在設(shè)計(jì)時(shí)是非常重要的。本文所研制的30kW 連續(xù)波磁控管采用直熱式純鎢陰極，工作溫度在2500℃左右，用鎢帶繞成單螺旋形狀，最大鎢絲電流達(dá)到100A，實(shí)際工作最小電流54A。當(dāng)輸出功率達(dá)到滿(mǎn)功率時(shí)，燈絲電流降至3A。

　　在設(shè)計(jì)鎢絲上端的屏蔽帽和下端的支持帽與燈絲的焊接連接方式時(shí)，經(jīng)過(guò)多次設(shè)計(jì)改進(jìn)和工藝試驗(yàn)，最終采用了氬弧焊連續(xù)點(diǎn)焊。這種焊接工藝與國(guó)外同類(lèi)管子所用高溫焊料釬焊的方式相比，不僅保證了鎢絲在工作時(shí)的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)又降低了焊料在高溫時(shí)的蒸散，延長(zhǎng)了管子的使用壽命。陰極焊接結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1　陰極焊接結(jié)構(gòu)示意圖

　　1.2、能量輸出器設(shè)計(jì)考慮

　　現(xiàn)在大功率連續(xù)波磁控管的能量輸出器一般采用軸向引出結(jié)構(gòu)。軸向能量輸出器分為對(duì)稱(chēng)引出和不對(duì)稱(chēng)引出兩種。單根天線(xiàn)的不對(duì)稱(chēng)引出，在2450MHz的管子中應(yīng)用最多。本文研制的30kW 連續(xù)波磁控管為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，裝配合理，能量輸出器為單根天線(xiàn)的不對(duì)稱(chēng)引出，天線(xiàn)的截面取為圓形。為了滿(mǎn)足30kW 的功率容量和提高機(jī)械強(qiáng)度，該天線(xiàn)由圓截面的無(wú)氧銅壓制成形，天線(xiàn)圓截面的直徑為5mm(國(guó)外一般為4.5mm)，使該部分同軸線(xiàn)的特性阻抗變小，進(jìn)一步降低了功率損耗。同時(shí)天線(xiàn)穿過(guò)極靴的部分也是圓形，這樣更有利于提高極靴的擊穿強(qiáng)度。

　　1.3、其它方面設(shè)計(jì)考慮

　　本文研制的30kW 連續(xù)波磁控管，磁控管輸出功率可以通過(guò)外部線(xiàn)包磁場(chǎng)調(diào)節(jié)。當(dāng)磁控管安裝在微波頭上時(shí)，采用線(xiàn)包產(chǎn)生磁場(chǎng)，這種結(jié)構(gòu)體積小，產(chǎn)生的磁場(chǎng)均勻、效率高。由于大功率連續(xù)波功率輸出，為了提高陰極耐電子回轟的能力，采用直熱式的陰極，這樣陰極的直徑可以減小，因而腔體的腔數(shù)可以取較小的數(shù)值，本管N=12。同時(shí)為了提高電子效率，陽(yáng)極的長(zhǎng)度有所增加，這樣上、下極靴兩端的距離有所增加，為了保證互作用空間的磁場(chǎng)，在陰極的下面連接處，設(shè)計(jì)了一段導(dǎo)磁塊，實(shí)際測(cè)試磁場(chǎng)增加了2×10-2　T左右，有效地提高了電子效率，減低了管子的工作電壓。

2、測(cè)試結(jié)果

　　該管最終研制樣管性能指標(biāo)如表1所示，整管外形圖如圖2所示。從測(cè)試結(jié)果可以看出，該管基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，電參數(shù)完全滿(mǎn)足使用要求。

表1　30kW 連續(xù)波磁控管測(cè)試數(shù)據(jù)

圖2　整管外形圖

3、結(jié)論

　　30kW 連續(xù)波磁控管的研制成功，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)該類(lèi)型連續(xù)波磁控管的空白。隨著微波能在工業(yè)、化工等領(lǐng)域的大量應(yīng)用，可靠性高、壽命長(zhǎng)的大功率微波源的市場(chǎng)需求巨大，符合國(guó)家節(jié)能減排要求，必定會(huì)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和較大的社會(huì)效益。