磁控管原理 - 入门及动画演示
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随着微波理疗、微波辐射武器、微波等离子推 进、微波促进化学反应等方面的发展，磁控管行业 也得到了较大发展。
一、概述
磁控管由于工作状态不同，可分为脉冲磁控管 和连续波磁控管二类，前者主要用于雷达、通讯、 电子对抗等，后者主要用于微波加热及医疗等微波 设备，主要有三种：
300W以下的供理疗用 400-1000W供微波炉加热用 1000W以上供工、农业使用
4、磁控管谐振系统的谐振模式
多腔磁控管的谐振系统是一个由N个谐振腔组成的复杂系统，我们假定各个 谐振腔都是完全相同的。如果振荡已经产生，则在各个谐振腔中都有高频
振荡。在不同的腔中，振荡的相位可以是不同的。但每两个相邻腔的振荡
相位差应该是一样的。由于整个谐振系统是封闭的，环绕一整周时总的相 位差应为零或2π的整数倍。于是可得：
磁控管
摘要 一、概述 二、磁控管工作原理 三、磁控管结构 四、磁控管性能参数及测试 五、磁控管使用要注意的问题
一、概述
磁控管是微波电子管的一种，是一种重入式谐 振型正交场振荡器，通常作为高功率微波能发生器。 它最主要的特点是高效率和低工作电压，其次是由 于结构简单而带来的体积小、重量轻、使用方便、 工作可靠和成本低等特点。主要用于雷达、通讯、 电子对抗、微波加热等方面。
1、静态磁控管中电子的运动（电场+磁场） 如无磁场，则电子逸出阴极之后，就会在电场力的作 用下直接向阳极运动，此电场力
若除电场之外，在阴极—阳极空间还有一个磁场，那么电子运 动的轨迹就不再是直线。假设磁场强度是B，磁场方向与图 面垂直，这时，电子就受到电场和磁场两种外力的作用。 磁场对电子的作用力是：
6、电子轮辐
由于受高频电场径向分量的作用，第一类电子在运动过程中落后 和第三类电子在运动过程中超前，而都逐渐接近于第四类电子。也 就是逐渐地改善了相对电子，使得磁控管的效率提高了。这种群聚的结果 就使从阴极出发的电子不再是均匀地绕着阴极运动，而是相对于第 四类电子形成电子群。这些电子群从阴极伸向阳极形成轮辐状，我 们称之为“电子轮辐”。
3、磁控管的自激
现在我们设想一种“展开”式的磁控管，组成阳极块的谐 振腔不象平常一样排列在圆周上，而是排列成一条直线（图 12）。阳极与阴极之间有外加电源Ua构成足够大的电位差，并 有一均匀磁场方向垂直图面向里。电子流在恒定磁场与电场作 用下，“吹过”电谐振器，此时，电子流就按摆线的轨迹运动 电子流的速度达到固定值Ve时，在谐振器中建立起振荡。
在电子运动的全过程中，电场力F始终保持不变。但磁场力不但 大小要变，而且方向也变
1、静态磁控管中电子的运动
当磁通密度B=0时为直线1； B﹤BKP时为曲线2； B=BKP时为曲线3； B﹥BKP时为曲线4。
2、磁控管中的谐振系统
多腔磁控管中的高频系统是一个有许多小的谐振腔组成的 谐振系统，这些小的谐振腔的数目在厘米波段上的管子中，一般 可有8~32个，毫米波段会更多些。这些谐振腔均匀的分布在阳极 圆周上，而且每一腔的缝隙口均与相互作用空间相通，每个小腔 不是孤立的，他们通过相互作用空间和管子的顶部空间相互耦合 在一起，从而形成一个复杂的多腔谐振系统。
N∆φ =2π*n
n=0、1、2、3、------
(1)
其中N为阳极谐振腔的数目，∆φ 为相邻谐振腔中电磁振荡的相位差。
由（1）式得： ∆φ =2nπ/N
(2)
也就是说，当磁控管的腔数N确定后，可以有许多不同的相位差∆φ 同时满 足这一闭合回路的谐振条件。相应于不同的n就有不同的谐振模式，他们有 不同的谐振频率和场结构。
当振荡已经产生时，在相互作用空间就同时存在有四个场： 恒定电场Eo、恒定磁场B0、高频电场E’、高频磁场B’。
如同所有其他振荡器自激的条件一样,电子沿阴极运动的 平均速度与阴极谐振腔口高频场相位变化的速度同步，使电 子运动经过各个腔口时始终都碰到是高频推斥场。
从物理意义上说，这一条件就意味着电子始终处于高频场 的减速场中，这样电子就最有效的把自己从直流电场中获得 的能量交给高频场而完成能量转换的任务
阳极板 阳极筒
阳极回路
天线 A侧磁极 均压环(小)
均压环(大)
阳极板 阳极筒
阳极平面
阳极断面
K侧磁极
阴极回路
端帽 支持体
阴极构造
钛帽 灯丝线圈
灯丝线圈的横截面
引出线
K侧管 支持体本体
端子
W2C
(碳化钨) 易碎的
现在用一个八腔磁控管来研究这一问题。N=10
不同的模式对应的相位差 模式编号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 相位差 0 π /5 2π /5 3π /5 4π /5 π 6π /5 7π /5 8π /5 9π /5 2π π /5+2π
5、磁控管中电子与高频电磁场的相互作用 （能量转换）
输出
天线
阳极板
－+－
+
+
K
－
－
+－+
三、磁控管结构
屏蔽盒
支架组件
支架
穿心电容
滤波组件
扼流线圈
黑球
密封垫片
射频密封垫 圈
安装底板
磁铁
散热片
标签
屏蔽盒盖
螺丝
黑球
白球
天线帽
输出组件
阳极组件 阴极组件
A侧磁极
A侧磁极
管芯构造
天线 磁极A侧 阳极板
磁极K侧
天线帽 绝缘环 均压环 阳极筒 灯丝
均压环(大) 天线安装位置 均压环(小)
工作频率有915MHz和2450MHz两种
二、工作原理
一、总论
磁控管从原理上来讲是一种特殊的二极管，它有一个 圆筒状的阴极以及一个与之同轴的阳极。在工作过程 中阴极发射出的电子流在外部直流电场中获得动能， 并将动能的一部分转换成振荡体系的交变电场，就使 振荡体系维持稳定的振荡过程，振荡体系通过天线耦 合发射出微波。
重点：能量的来源；能量的交换。
二、静态磁控管的基本特征
为了使问题简单，我们先来研究一下在平板电极系 统中存在正交的直流电磁场时电子的运动特征，这样 的磁控管称为“静态磁控管”。
二、工作原理
静态磁控管系统如下图所示：
假设两个无限大的相互平行的平板电极（近似磁控管的阴 极与阳极）间的距离为d，两个极板之间的直流电压为V，这时 两极之间的直流电场为E=V/d；两极板之间还同时存在一个与图 面垂直的均匀直流磁场，其磁感应强度为B。
一、概述
磁控管由于工作状态不同，可分为脉冲磁控管 和连续波磁控管二类，前者主要用于雷达、通讯、 电子对抗等，后者主要用于微波加热及医疗等微波 设备，主要有三种：
300W以下的供理疗用 400-1000W供微波炉加热用 1000W以上供工、农业使用
4、磁控管谐振系统的谐振模式
多腔磁控管的谐振系统是一个由N个谐振腔组成的复杂系统，我们假定各个 谐振腔都是完全相同的。如果振荡已经产生，则在各个谐振腔中都有高频
振荡。在不同的腔中，振荡的相位可以是不同的。但每两个相邻腔的振荡
相位差应该是一样的。由于整个谐振系统是封闭的，环绕一整周时总的相 位差应为零或2π的整数倍。于是可得：
磁控管
摘要 一、概述 二、磁控管工作原理 三、磁控管结构 四、磁控管性能参数及测试 五、磁控管使用要注意的问题
一、概述
磁控管是微波电子管的一种，是一种重入式谐 振型正交场振荡器，通常作为高功率微波能发生器。 它最主要的特点是高效率和低工作电压，其次是由 于结构简单而带来的体积小、重量轻、使用方便、 工作可靠和成本低等特点。主要用于雷达、通讯、 电子对抗、微波加热等方面。
1、静态磁控管中电子的运动（电场+磁场） 如无磁场，则电子逸出阴极之后，就会在电场力的作 用下直接向阳极运动，此电场力
若除电场之外，在阴极—阳极空间还有一个磁场，那么电子运 动的轨迹就不再是直线。假设磁场强度是B，磁场方向与图 面垂直，这时，电子就受到电场和磁场两种外力的作用。 磁场对电子的作用力是：
6、电子轮辐
由于受高频电场径向分量的作用，第一类电子在运动过程中落后 和第三类电子在运动过程中超前，而都逐渐接近于第四类电子。也 就是逐渐地改善了相对电子，使得磁控管的效率提高了。这种群聚的结果 就使从阴极出发的电子不再是均匀地绕着阴极运动，而是相对于第 四类电子形成电子群。这些电子群从阴极伸向阳极形成轮辐状，我 们称之为“电子轮辐”。
3、磁控管的自激
现在我们设想一种“展开”式的磁控管，组成阳极块的谐 振腔不象平常一样排列在圆周上，而是排列成一条直线（图 12）。阳极与阴极之间有外加电源Ua构成足够大的电位差，并 有一均匀磁场方向垂直图面向里。电子流在恒定磁场与电场作 用下，“吹过”电谐振器，此时，电子流就按摆线的轨迹运动 电子流的速度达到固定值Ve时，在谐振器中建立起振荡。
在电子运动的全过程中，电场力F始终保持不变。但磁场力不但 大小要变，而且方向也变
1、静态磁控管中电子的运动
当磁通密度B=0时为直线1； B﹤BKP时为曲线2； B=BKP时为曲线3； B﹥BKP时为曲线4。
2、磁控管中的谐振系统
多腔磁控管中的高频系统是一个有许多小的谐振腔组成的 谐振系统，这些小的谐振腔的数目在厘米波段上的管子中，一般 可有8~32个，毫米波段会更多些。这些谐振腔均匀的分布在阳极 圆周上，而且每一腔的缝隙口均与相互作用空间相通，每个小腔 不是孤立的，他们通过相互作用空间和管子的顶部空间相互耦合 在一起，从而形成一个复杂的多腔谐振系统。
N∆φ =2π*n
n=0、1、2、3、------
(1)
其中N为阳极谐振腔的数目，∆φ 为相邻谐振腔中电磁振荡的相位差。
由（1）式得： ∆φ =2nπ/N
(2)
也就是说，当磁控管的腔数N确定后，可以有许多不同的相位差∆φ 同时满 足这一闭合回路的谐振条件。相应于不同的n就有不同的谐振模式，他们有 不同的谐振频率和场结构。
当振荡已经产生时，在相互作用空间就同时存在有四个场： 恒定电场Eo、恒定磁场B0、高频电场E’、高频磁场B’。
如同所有其他振荡器自激的条件一样,电子沿阴极运动的 平均速度与阴极谐振腔口高频场相位变化的速度同步，使电 子运动经过各个腔口时始终都碰到是高频推斥场。
从物理意义上说，这一条件就意味着电子始终处于高频场 的减速场中，这样电子就最有效的把自己从直流电场中获得 的能量交给高频场而完成能量转换的任务
阳极板 阳极筒
阳极回路
天线 A侧磁极 均压环(小)
均压环(大)
阳极板 阳极筒
阳极平面
阳极断面
K侧磁极
阴极回路
端帽 支持体
阴极构造
钛帽 灯丝线圈
灯丝线圈的横截面
引出线
K侧管 支持体本体
端子
W2C
(碳化钨) 易碎的
现在用一个八腔磁控管来研究这一问题。N=10
不同的模式对应的相位差 模式编号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 相位差 0 π /5 2π /5 3π /5 4π /5 π 6π /5 7π /5 8π /5 9π /5 2π π /5+2π
5、磁控管中电子与高频电磁场的相互作用 （能量转换）
输出
天线
阳极板
－+－
+
+
K
－
－
+－+
三、磁控管结构
屏蔽盒
支架组件
支架
穿心电容
滤波组件
扼流线圈
黑球
密封垫片
射频密封垫 圈
安装底板
磁铁
散热片
标签
屏蔽盒盖
螺丝
黑球
白球
天线帽
输出组件
阳极组件 阴极组件
A侧磁极
A侧磁极
管芯构造
天线 磁极A侧 阳极板
磁极K侧
天线帽 绝缘环 均压环 阳极筒 灯丝
均压环(大) 天线安装位置 均压环(小)
工作频率有915MHz和2450MHz两种
二、工作原理
一、总论
磁控管从原理上来讲是一种特殊的二极管，它有一个 圆筒状的阴极以及一个与之同轴的阳极。在工作过程 中阴极发射出的电子流在外部直流电场中获得动能， 并将动能的一部分转换成振荡体系的交变电场，就使 振荡体系维持稳定的振荡过程，振荡体系通过天线耦 合发射出微波。
重点：能量的来源；能量的交换。
二、静态磁控管的基本特征
为了使问题简单，我们先来研究一下在平板电极系 统中存在正交的直流电磁场时电子的运动特征，这样 的磁控管称为“静态磁控管”。
二、工作原理
静态磁控管系统如下图所示：
假设两个无限大的相互平行的平板电极（近似磁控管的阴 极与阳极）间的距离为d，两个极板之间的直流电压为V，这时 两极之间的直流电场为E=V/d；两极板之间还同时存在一个与图 面垂直的均匀直流磁场，其磁感应强度为B。