專利名稱：一種八腔小功率磁控管及其設計步驟的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種連續波加熱用磁控管，特別是一種八腔小功率磁控管及其設計步驟。
背景技術：
眾所周知，連續波磁控管早期運用于電子對抗，六十年代以來，微波加熱在工、農 業生產，理療以及日常生活中得到廣泛應用，特別是在家用微波爐上的使用。目前微波爐用 磁控管技術已經趨近成熟，因此在提高管子效率的前提下進一步降低材料成本，節省能源 就成為微波爐用磁控管行業努力的目標，同時開拓微波加熱應用于新的市場也是我們奮斗 的方向，如車載微波爐、便攜式微波爐以及小功率微波加熱的使用。連續波八腔小功率磁控管是一種重入式諧振型正交場振蕩器，是微波技術中的一 種高功率源。它最主要的特點是高功率和低的工作電壓，其次是由于結構簡單而帶來的體 積小、重量輕、使用方便、工作可靠和成本低等特點。現在由于市場需求，要求我們在此工作 頻率不變的前提下降低它的功率以及它的工作電壓，同時進一步減小體積、減輕重量以便 于使用。而八腔小功率磁控管的管芯結構基本決定了八腔小功率磁控管的工作參數，這就 要求我們要設計一種新的八腔小功率磁控管結構以適應新的特性要求。
發明內容
本發明的目的旨在提供一種結構簡單合理、陽極電壓低、體積小、重量輕、安裝和 使用更為簡便的八腔小功率磁控管及其設計步驟，以克服現有技術中的不足之處。按此目的設計的一種八腔小功率磁控管，包括能量輸出器、陽極組件、陰極組件、 冷卻部件和產生恒定磁場的磁路系統；陽極組件包括陽極筒和設置在陽極筒內的陽極板， 相鄰兩陽極板和陽極筒內壁圍成諧振腔；磁路系統包括設置在陽極筒兩端的磁極A和磁極 K，以及設置在磁極A和磁極K外端的磁鐵；陽極板端面之間空間，以及陽極板和磁極A及 磁極K之間的空間共同組成磁控管互作用空間；其結構特征是陽極板設置有八片，并均布 設置在陽極筒內；其中，陽極板高度a為5. 5mm-6. 0mm，相對的兩陽極板端面之間距離e為 7. 6mm-8. 15mm。所述八片陽極板構成有八個諧振腔；陽極板上側和下側均設置有均壓環組 件，均壓環組件包括小均壓環和位于小均壓環外側的大均壓環；其中，陽極板厚度d為 1. 7mm-1. 9mm，大、小均壓環厚度b為0. 7mm-1. 0mm,陽極筒內徑c為29mm-31mm。利用HFSS 的本征模計算對陽極諧振腔進行仿真設計，以計算出陽極板厚度、均壓環厚度、陽極筒內徑 等關鍵尺寸。以得到我們需要的2. 45GHz的八腔小功率磁控管工作頻率。所述陰極組件包括燈絲以及位于燈絲兩端的上端帽和下端帽，上、下端帽分別通 過長引線和短引線與導電引線連接，長、短引線與導電引線連接處設置有下陶瓷體；其中， 燈絲外徑f為3. 2mm-3. 7mm,上、下端帽之間距離g為6. 5mm_7. 0mm。燈絲的外徑以及上下 端帽之間的距離基本決定了陰極發射電子的能力。
所述相對的兩陽 極板端面之間距離e的優化尺寸為7. 8mm-8. 15mm ；陽極筒內徑c 的優化尺寸為29. 5mm-30. 5mm ；燈絲外徑f的優化尺寸為3. 5mm_3. 7mm ；上端帽和下端帽之 間距離g的優化尺寸為6. 5mm-6. 8_。所述磁極A和磁極K外端還分別設置有A側管和K側管，磁鐵分別固定套在A側 管和K側管上；能量輸出器設置在A側管上端，下陶瓷體設置在K側管下端。所述磁極A的高度h為6. Omm-6. 5mm,磁極K的高度j為6. Omm-6. 5mm,磁極A禾口 磁極K之間距離i為8. 3mm-9. 2mm。通過改變磁鐵的大小以及磁極A和磁極K的形狀，來改 變互作用空間磁場的大小，以滿足八腔小功率磁控管.JI模工作模式磁場強度的需求。所 述磁極A和磁極K之間距離i的優化尺寸為8. 5mm-8. 7mm。所述能量輸出器包括發射天線和由下至上設置的抗流環、上陶瓷體和天線帽；抗 流環設置在A側管內；發射天線上端與天線帽連接，下端伸至陽極筒內。所述冷卻部件包括散熱片，散熱片設置在陽極筒外圍。一種八腔小功率磁控管的設計步驟，包括能量輸出器、陽極組件、陰極組件、冷卻 部件和產生恒定磁場的磁路系統；陽極組件包括陽極筒和設置在陽極筒內的陽極板，相鄰 兩陽極板和陽極筒內壁圍成諧振腔；磁路系統包括設置在陽極筒兩端的磁極A和磁極K， 以及設置在磁極A和磁極K外端的磁鐵；陽極板端面之間空間，以及陽極板和磁極A及磁 極K之間的空間共同組成磁控管互作用空間；其特征是首先，根據陽極電壓3KV、輸出功 率300W、工作頻率2. 45GHz的要求，對八腔小功率磁控管互作用空間進行計算；其次，利用 HFSS本征模計算對諧振腔進行仿真設計；再次，利用HFSS激勵求解計算對能量輸出器進 行分析計算；再結合目前使用的微波爐用八腔小功率磁控管對陰極組件進行配合尺寸的設 計；然后結合經驗公式對磁路系統進行計算；最后結合管芯尺寸對冷卻部件進行設計。通 過以上設計，已實現滿足八腔小功率磁控管輸出特性參數要求的八腔小功率磁控管結構。本發明的磁控管設計為有八個諧振腔的結構，決定了磁控管的工作頻率。同時，通 過改變各陽極板的高度，以及相對陽極板端面的距離，以減小磁控管互作用空間，從而降低 功率及陽極電壓。其有益效果是降低陽極電壓，減輕磁控管電源負擔，同時減少了對電網 的污染；減小了磁控管的體積、降低了磁控管的重量，安裝和使用更為簡便。
圖1為本發明一實施例結構示意圖。圖2為管芯結構示意圖。圖3為磁控管互作用空間結構示意圖。圖4為陽極諧振腔結構示意圖。圖5為陰極組件結構示意圖。圖6為磁路系統結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述。參見圖1-圖6，本八腔小功率磁控管，包括能量輸出器、陽極組件、陰極組件、冷卻 部件和產生恒定磁場的磁路系統；陽極組件包括陽極筒15和設置在陽極筒內的陽極板13，相鄰兩陽極板和陽極筒內壁圍成諧振腔16 ；磁路系統包括設置在陽極筒兩端的磁極AlO 和磁極K14，以及設置在磁極A和磁極K外端的磁鐵4 ；陽極板端面之間空間，以及陽極板 和磁極A及磁極K之間的空間共同組成磁控管互作用空間。陽極板設置有八片，并均布 設置在陽極筒內；其中，陽極板高度a為5. 5mm-6. 0mm，相對的兩陽極板端面之間距離e為
7.6mm-8. 15mm。 八片陽極板13構成有八個諧振腔16 ；陽極板上側和下側均設置有均壓環組件， 均壓環組件包括小均壓環11和位于小均壓環外側的大均壓環12 ；其中，陽極板厚度d為 1. 7mm-1. 9mm，大、小均壓環厚度b為0. 7mm-1. 0mm,陽極筒15內徑c為29mm-31mm。陰極組件包括燈絲18以及位于燈絲兩端的上端帽17和下端帽19，上、下端帽分別 通過長引線20和短引線21與導電引線24連接，長、短引線與導電引線連接處設置有下陶 瓷體23 ；其中，燈絲外徑f為3. 2mm-3. 7mm，上、下端帽之間距離g為6. 5mm_7. 0mm。磁極AlO和磁極K14外端還分別設置有A側管6和K側管22，磁鐵4分別固定套 在A側管和K側管上；能量輸出器設置在A側管上端，下陶瓷體23設置在K側管下端。磁 極AlO的高度h為6. Omm-6. 5mm,磁極K14的高度j為6. Omm-6. 5mm,磁極A和磁極K之間 距離 i 為 8. 3mm-9. 2mm。能量輸出器包括發射天線5和由下至上設置的抗流環7、上陶瓷體2和天線帽1 ； 抗流環設置在A側管6內；發射天線上端與天線帽連接，下端伸至陽極筒15內。冷卻部件 包括散熱片3，散熱片設置在陽極筒15外圍。上述相對的兩陽極板13端面之間距離e可以優化為7. 8mm_8. 15mm ；陽極筒15內 徑c可以優化為29. 5mm-30. 5mm ；燈絲18外徑f可以優化為3. 5mm_3. 7mm ；上端帽17和下 端帽19之間距離g可以優化為6. 5mm-6. 8mm ；磁極AlO和磁極K14之間距離i可以優化為
8.5mm-8. 7mm。
權利要求
1.一種八腔小功率磁控管，包括能量輸出器、陽極組件、陰極組件、冷卻部件和產生恒 定磁場的磁路系統；陽極組件包括陽極筒(1 和設置在陽極筒內的陽極板(13)，相鄰兩陽 極板和陽極筒內壁圍成諧振腔(16)；磁路系統包括設置在陽極筒兩端的磁極A(10)和磁極 K(14)，以及設置在磁極A和磁極K外端的磁鐵(4)；陽極板端面之間空間，以及陽極板和磁 極A及磁極K之間的空間共同組成磁控管互作用空間；其特征是陽極板設置有八片，并均布 設置在陽極筒內；其中，陽極板高度a為5. 5mm-6. 0mm，相對的兩陽極板端面之間距離e為7.6mm-8. 15mm。
2.根據權利要求1所述的八腔小功率磁控管，其特征是所述八片陽極板(1 構成有八 個諧振腔(16)；陽極板上側和下側均設置有均壓環組件，均壓環組件包括小均壓環(11)和 位于小均壓環外側的大均壓環(1 ；其中，陽極板厚度d為1.7mm-1.9mm，大、小均壓環厚度 b 為 0. 7mm-1. 0mm,陽極筒(15)內徑 c 為 ^mm-31mm。
3.根據權利要求2所述的八腔小功率磁控管，其特征是所述陰極組件包括燈絲(18)以 及位于燈絲兩端的上端帽(17)和下端帽(19)，上、下端帽分別通過長引線00)和短引線 (21)與導電引線04)連接，長、短引線與導電引線連接處設置有下陶瓷體03)；其中，燈絲 外徑f為3. 2mm-3. 7mm,上、下端帽之間距離g為6. 5mm_7. Omm。
4.根據權利要求3所述的八腔小功率磁控管，其特征是所述相對的兩陽極板(13)端 面之間距離e為7. 8mm-8. 15mm ；陽極筒(15)內徑c為29. 5讓-30. 5mm ；燈絲(18)外徑f為 3. 5mm-3. 7mm ；上端帽(17)和下端帽(19)之間距離g為6. 5mm_6. 8_。
5.根據權利要求1至4任一項所述的八腔小功率磁控管，其特征是所述磁極A(10)和 磁極K(14)外端還分別設置有A側管(6)和K側管(22)，磁鐵(4)分別固定套在A側管和 K側管上；能量輸出器設置在A側管上端，下陶瓷體設置在K側管下端。
6.根據權利要求5所述的八腔小功率磁控管，其特征是所述磁極A(IO)的高度h 為6. Omm-6. 5mm,磁極K (14)的高度j為6. Omm-6. 5mm,磁極A和磁極K之間距離i為8.3mm-9. 2mm。
7.根據權利要求6所述的八腔小功率磁控管，其特征是所述磁極A(10)和磁極K (14) 之間距離i為8. 5mm-8. 7mm。
8.根據權利要求7所述的八腔小功率磁控管，其特征是所述能量輸出器包括發射天線 (5)和由下至上設置的抗流環(7)、上陶瓷體( 和天線帽(1)；抗流環設置在A側管(6) 內；發射天線上端與天線帽連接，下端伸至陽極筒(15)內。
9.根據權利要求8所述的八腔小功率磁控管，其特征是所述冷卻部件包括散熱片(3)， 散熱片設置在陽極筒(1 外圍。
10.一種八腔小功率磁控管的設計步驟，包括能量輸出器、陽極組件、陰極組件、冷卻 部件和產生恒定磁場的磁路系統；陽極組件包括陽極筒(1 和設置在陽極筒內的陽極板 (13)，相鄰兩陽極板和陽極筒內壁圍成諧振腔(16)；磁路系統包括設置在陽極筒兩端的磁 極A(IO)和磁極K(14)，以及設置在磁極A和磁極K外端的磁鐵(4)；陽極板端面之間空間， 以及陽極板和磁極A及磁極K之間的空間共同組成磁控管互作用空間；其特征是首先，根 據陽極電壓3KV、輸出功率300W、工作頻率2. 45GHz的要求，對八腔小功率磁控管互作用空 間進行計算；其次，利用HFSS本征模計算對諧振腔進行仿真設計；再次，利用HFSS激勵求 解計算對能量輸出器進行分析計算；再結合目前使用的微波爐用八腔小功率磁控管對陰極組件進行配合尺寸的設計；然后結合經驗公式對磁路系統進行計算；最后結合管芯尺寸對 冷卻部件進行設計。
全文摘要
一種八腔小功率磁控管及其設計步驟，磁控管包括能量輸出器、陽極組件、陰極組件、冷卻部件和產生恒定磁場的磁路系統；陽極組件包括陽極筒和設置在陽極筒內的陽極板，相鄰兩陽極板和陽極筒內壁圍成諧振腔；磁路系統包括設置在陽極筒兩端的磁極A和磁極K，以及設置在磁極A和磁極K外端的磁鐵；陽極板端面之間空間，以及陽極板和磁極A及磁極K之間的空間共同組成磁控管互作用空間；其陽極板設置有八片，并均布設置在陽極筒內；其中，陽極板高度a為5.5mm-6.0mm，相對的兩陽極板端面之間距離e為7.6mm-8.15mm。本發明有八個諧振腔，同時，通過改變各陽極板的高度，以及相對陽極板端面的距離，以減小磁控管互作用空間，從而降低功率及陽極電壓。
文檔編號H01J23/04GK102054646SQ201010571980
公開日2011年5月11日 申請日期2010年12月2日 優先權日2010年12月2日
發明者劉銀波, 張文亮, 童桂林 申請人:廣東格蘭仕集團有限公司