多腔磁控管

多腔磁控管是產生大功率超高頻振盪的一種高效率微波電子管。主要用於雷達發射機、微波爐和其他大功率超高頻振盪器。

基本介紹

• 中文名：多腔磁控管
• 外文名：multicavity magnetron
• 定義：高效率微波電子管
• 套用：雷達發射機、微波爐等
• 提出時間：1935年

概述

多腔磁控管是產生大功率超高頻振盪的一種高效率微波電子管。

它的陰極一般是由整塊金屬製成的圓柱體，在陽極上開有很多個諧振腔；由圓柱形熱陰極發射的電子流受到陽極與陰極間的電場和外加軸向恆定磁場的作用，形成複雜的運動軌跡，激勵諧振腔產生超高頻振盪；其振盪的能量一般用置於諧振腔內部的耦合環經過同軸線引出；磁控管發生的脈衝功率可以高達10Mw。主要用於雷達發射機、微波爐和其他大功率超高頻振盪器。

研發

圖1為約翰·藍道爾和哈利·布特在伯明罕大學研發的多腔磁控管原件內的微波諧振腔。

圖1

1935年A.L.Samuel最早研製出多腔磁控管的模型。同年法國Gutton用磁控管產生16厘米波長，十一月29日德國人H.E.Hollmann註冊了一項更為出色的多腔磁控管專利。1939年哈利·布特和約翰·藍道爾製成了完全達到實用標準的多腔磁控管，從而使得大戰中美國的分米級別雷達技術突飛猛進。而蘇聯卻於40年代出版的刊物上聲稱兩名蘇聯學者先於36年製成了多腔磁控管，以將它的發明歸功於自己名下（其類似的聲稱在飛機，無線電等多項榮譽中屢見不鮮），卻無法掩蓋大戰中蘇聯雷達與無線電技術落後，成為各交戰國中唯一在二戰時往夜間戰鬥機上裝米波雷達國家以及其戰列艦還要裝英國的艦載雷達的事實。

原理

藉由相互垂直的磁場和電場形成的高頻電磁場，電子與高頻電磁場發生相互作用，產生微波能。電子從位於中心的陰極射出，被勞倫茲力誘導呈現螺旋運動，在其運動路徑被施加電場做震盪，產生高頻輻射。

套用

雷達

在雷達組中，磁控管的波導連線到天線。磁控管以非常短的施加電壓脈衝運行，從而產生輻射高功率微波能量的短脈衝。與所有主要雷達系統一樣，分析從目標反射的輻射，在螢幕上產生雷達圖。

磁控管輸出的幾個特徵使雷達使用該裝置有些問題。這些因素中的第一個是磁控管的發射器頻率固有的不穩定性。這種不穩定性不僅導致從一個脈衝到下一個脈衝的頻率偏移，而且還導致單個發射脈衝內的頻移。第二個因素是發射脈衝的能量分布在相對較寬的頻譜上，這就要求接收機具有相應的寬頻寬。這種寬頻寬允許環境電噪聲被接收器接收，因此稍微模糊了雷達回波，從而降低了整個接收器的信噪比從而表現。第三個因素取決於套用，是使用高功率電磁輻射造成的輻射危害。在一些套用中，例如安裝在休閒船上的船用雷達，經常發現具有2至4千瓦的磁控管輸出的雷達安裝在乘員或乘客占據的區域附近。在實際使用中，這些因素已經被克服，或者僅僅被接受，現在有數以千計的磁控管航空和海上雷達裝置正在服役。航空氣象避雷雷達和船用雷達的最新進展已經成功地取代了半導體磁控管微波振盪器，具有較窄的輸出頻率範圍。這些允許使用更窄的接收機頻寬，並且更高的信噪比反過來允許更低的發射機功率，減少對EMR的暴露。

加熱

在安裝盒中裝有磁鐵的微波爐的磁控管。水平板形成散熱器，由風扇的氣流冷卻。磁場是由兩個強大的環形磁鐵產生的，其中較低的只是可見的。幾乎所有的現代烘箱磁控管都具有相似的布局和外觀。

在微波爐中，波導通向無線電頻率透明連線埠進入烹飪室。由於腔室的固定尺寸及其與磁控管的物理接近性通常會在腔室中產生駐波圖案，所以在波導中放置電動扇形攪拌器以隨機化圖案。這對室內較大的物體並不總是有效的，大多數現代微波爐還包括一個供食物坐在的旋轉台，稱為轉台。

照明

在諸如硫燈的微波激勵照明系統中，磁控管將通過波導的微波場提供給包含發光物質（例如，硫，金屬鹵化物等）的照明腔。雖然效率高，但這些燈比其他照明方法複雜得多，因此不常用。更現代的變體使用HEMT或GaN-on-SiC功率半導體來生成微波，這些微波實質上不太複雜，並且可以通過使用PID系統來調整以最大化光輸出。