1、產(chǎn)生微波能的器件

        微波能常有直流或50Hz交流電通過一特殊的器件來獲得的�？梢援a(chǎn)生微波的器件有許多種，但主要可以分為兩大類：半導體器件和電真空器件。電真空器件是利用電子在真空中運動來完成能量交換的器件，或稱之為電子管。在真空器件中能產(chǎn)生大功率微波能量的有磁控管，多腔速調管，微波三、四極管，行波管等多種。半導體器件在獲得微波大功率方面與電真空器件相比至少相差三個數(shù)量級。例如，單支915MHz磁控管可以獲得30kw以至60kw的功率，而半導體雪崩二極管只能得到數(shù)十瓦或近百瓦的功率。2450MHz磁控管可以得到5kw功率，2450MHz速調管可以獲得30KW的功率，而半導體器件只能給出幾瓦。因此，在目前或將來一定時期，微波加熱領域特別是工業(yè)中使用的，主要是磁控管及速調器

        2、連續(xù)波磁控管

        用磁控管能方便地獲得微波大功率，它可在1S內(nèi)發(fā)出幾百個至幾千個相互間隔的電波信號，稱之為脈沖，也可以發(fā)射不間斷的連續(xù)電磁波。因此，前者稱為脈沖磁控管，主要用于雷達。工業(yè)用磁控管為連續(xù)波磁控管，以下稱磁控管（見下圖）。
 

下圖為915MHZ微波源磁控管

上圖為2450MHZ微波源磁控管及其參數(shù)

        2.1磁控管的結構

        磁控管通常有一個高導電率無氧銅制成的陽極，腔體中間是一個發(fā)射電子的陰極，陽極上有許多小腔是產(chǎn)生高頻率振蕩的諧振回路，陰極與陽極中間為電子作用的空腔，在這一空腔內(nèi)加有均勻的、與陰極軸線平行的磁場。磁場通常由兩種方式產(chǎn)生，在小功率磁控管里往往采用永久磁鐵，而在大功率磁控管中普遍地使用電磁鐵，將數(shù)千伏電壓加在陰極和陽極之間。為了安全，將陽極接地，而將陰極接以負高壓。微波能量的輸出通常有三種形式：

        ① 同軸輸出型。②波導輸出型。③天線輻射型

        為了保證作用空間的磁場均勻及減少漏磁，在磁控管的兩端帶有軟鐵制成的磁極，并由其構成電子管外殼的一部分。磁控管陰極根據(jù)不同的設計，通常做成間熱式和直熱式兩種。

        所謂間熱式：即陰極由熱源來加熱，而熱源就裝在陰極管內(nèi)。而直熱式：即熱源本身就是用電子發(fā)射材料制成的，它既是加熱體又是陰極。

        2.2磁控管工作原理

        當磁控管與陽極間存在著一定的直流電場時，從陰極發(fā)射的電子受陽極正電位的影響加速而向陽極移動，空間交叉存在磁場，磁場方向與電場方向垂直，同時也與電子運動方向垂直。眾所周知，當帶電體在垂直磁場中運動時，將受到洛侖茲力。該作用力與磁場及電子運動的方向垂直。因此，當電子離開陰極向陽極移動時受到磁場力的作用，結果使電子偏離原來的方向而呈圓周狀運動。不同的磁場與電場比值使電子具有不同的圓周運動半徑。在某一特定的電壓及磁場值下，正好電子能繞陰極旋轉。在這種情況下，雖然在陰極與陽極間加1有直流電壓，但是在外電路不會出現(xiàn)陰極電流。只有陽極電壓超過某一壓值時，在外電路里才會出現(xiàn)電流。這一狀態(tài)稱之為臨界狀態(tài)。如果陽極陽極電壓繼續(xù)升高，那么電子運動的半徑會超過陽極的內(nèi)徑，電子在作用空間作一定狀態(tài)的圓周運動并最終打到陽極。磁控管的功能就是能產(chǎn)生一定運動狀態(tài)的電子，把電子由電場中獲得的能量在到達陽極的過程中不斷地轉換為諧振腔中高頻振蕩所需的能量，并以一定頻率發(fā)射。能進行能量交換的高頻圓周運動狀態(tài)的電子，要靠陽極上諧振腔的作用。陽極有偶數(shù)個諧振腔，或稱“槽路”。在磁控管工作時，相臨諧振腔上的磁場方向相反，其翼片上的電場方向也相反，即在二相臨諧振腔間有180度的相位差，通常稱為磁控管的π模振蕩。由于腔內(nèi)存在著高頻電磁場，因此在高頻率電場為負的翼片附近，高頻電場與直流電場方向相反而部分抵消，因此，在陰極發(fā)射的電子，如果是處于陽極的翼片為負的位置，電子就會比沒有高頻場時慢。當電子受磁場力的作用而反時針方向旋轉時，處于正高頻場附近的電子的運動速度將大于處于負高頻場附近的電子運動的速度，其結果是，在兩極之間的腔中作圓周運動的電子將出現(xiàn)“集聚”現(xiàn)象，均勻的電子分布變成了“翼狀電子云”，繞著陰極軸心旋轉。

        當然，使電子從這一翼片到下一翼片時，翼片上和高頻場要正好改變一次方向，所要加的陽極電壓稱之為同步電壓。電子的這種旋轉產(chǎn)生了高頻電磁場的諧振，解釋如下：陰極以一定的速度發(fā)射電子，當電子旋轉到諧振腔翼片附近時，如果外加電場正好使翼片處電場為負，那么它將對電子有排斥作用，使電子速度降低，電子速度降低而所損失的能量不會消失，而是將能量交換給了高頻電磁場，電子在繞陰極旋轉的過程中，每經(jīng)過一個腔體翼片，均受到一次減速而失去一部分能量，直到其到達陽極為止。電子在這一過程中損失的能量變成了高頻場的能量，再有無線輻射出去。沒撞到陽極上的磁控管中的電子，由于受場作用力而重新返回到陰極附近，當電子返回到陰極附近時，它又受到電壓的加速而飛向陽極，進行第二次能量交換，循環(huán)往復直到最后落到陽極上。在陽極上，電子將其剩余的能量最終變成了熱能。由此可見，電子是微波產(chǎn)生的客體，磁控管是電子云的工作間。在磁控管工作時，整機設備上設有防止勵磁電流突然消失的裝置，以免正在工作的磁控管在失去磁場時，管內(nèi)強大的電子云打上陽極使磁控管燒毀。

        3、速調管簡介

        在要求頻率較高而功率很大的場合，用磁控管已不能滿足要求，這時通常采用多腔速調管。多腔速調管是一種放大器，而磁控管則是一種振蕩器。為了可以用很小的功率來推動速調管而獲得功率，這就要求速調管采用多個諧振腔，稱為多腔速調管。速調管在效率方面比磁控管低，結構也較復雜，但單管可以獲得的功率比較大，工作壽命也比磁控管長。多腔速調管的效率在工作時可以達到60%左右，低于磁控管。所以在微波化學污水處理技術中催化的微波源只采用磁控管發(fā)射。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”