本文介紹了一種用于工、農業加熱的連續波磁控管的研制過程，該磁控管工作頻率2450MHz，輸出功率2kW。該磁控管采用軸向能量輸出結構，作為輻射天線插入激勵波導中進行能量輸出，陰極采用直熱式螺旋形碳化釷鎢陰極，整管體積小、重量輕、結構緊湊，便于安裝和使用。

　　磁控管由于具有體積小、重量輕、工作電壓低、效率高、輸出功率大和結構簡單等優點，已廣泛用于雷達、導航、通信、工業加熱、醫療、食品工業等多個領域。60年代以來，微波加熱在工農業生產、醫療以及日常生活中的應用，推動了連續波磁控管的發展和應用。目前工業加熱用915MHz連續波磁控管可提供100kW 輸出功率，效率可達80%以上;2450MHz連續波磁控管可提供30kW 輸出功率效率可達70%左右。連續波磁控管也在不斷向更高頻率發展，國外已成功研制出5800MHz/750W連續波磁控管。本文介紹了一種2450MHz/2kW連續波磁控管的研制過程，該磁控管可以用于工業微波能應用設備。

1、研制過程

　　1.1、特點和參數

　　整管采用水冷、包裝式永久磁鐵和全金屬陶瓷結構，具有工作效率高、體積小、重量輕和便于安裝使用等特點。主要設計參數：工作頻率2450±15MHz，輸出功率大于2kW，最高工作效率大于67%。

　　1.2、互作用空間及諧振系統的設計

　　互作用空間和諧振系統的設計可以根據磁控管設計手冊進行計算，從而得到所需的結構尺寸參數，然后利用CST 微波工作室和粒子模擬計算軟件MAGIC對得到的管子結構進行冷態和熱態仿真，從而最終驗證管子結構尺寸的正確性。最后通過制作出實際的連續波磁控管，對其進行實際測試從而驗證設計方法的可行性。下面列出設計過程中管子主要結構參數的選取和計算方法。

　　1.2.1、諧振腔類型和諧振腔數目N 的選擇

　　連續波磁控管振蕩波長較長，陽極采用具有隔膜帶的同腔諧振系統。該管諧振腔選用扇槽型結構，該種諧振腔的優點是在提高陽極塊的散熱能力前提下，可以保證較高的固有品質因數。目前市面上的915MHz連續波磁控管諧振數目N 一般為10，2450MHz連續波磁控管諧振腔數目N 一般為12，因此選取該管諧振腔數目N=12。

　　1.2.2、陰陽極直徑比σ和陽極直徑da的確定

　　為了提高電子效率，減少電子對陰極的回轟，加上連續波磁控管對頻率穩定性等要求不嚴，σ的選擇比脈沖磁控管小些。根據經驗公式，σ可按式(1)計算：

　　陽極直徑可根據工作線表示的電壓、磁場關系計算得到，計算公式如下：

　　式中，Ua為峰值陽極電壓，可參考同類管子設計參數選取。

　　1.5.2、MAGIC熱態仿真

　　MAGIC軟件主要用于模擬電真空器件中電磁場與電子的互作用過程，計算和分析有空間電荷存在的復雜電磁問題。熱態仿真中采用實際管子熱測時所使用的電壓和磁場值，陰極采用電子束發射模型，仿真結果如圖6-圖8所示。

　　從圖6中可以看到，電子已經形成清晰輪輻，群聚效果明顯。電子輪輻的數目與振蕩模式的編號n相等，圖中輪輻的數目為6個，對應于π模所產生的輪輻數，說明該磁控管工作在π模。圖7為管子的輸出功率圖，可以看出磁控管能得到穩定的輸出功率，功率大于2kW。圖8為磁控管0～12GHz輸出頻譜曲線，從圖中可以看出：磁控管輸出π模頻率為2.455GHz，N2-1模頻率為3.55GHz，其主模與雜模分隔較大，滿足設計要求。

圖6　互作用空間電子軌跡圖

圖7　輸出功率

圖8　0～12GHz輸出頻譜曲線

2、實際制管測試結果

　　通過不斷的進行實驗和改進，最終確定管子的結構參數。包裝后整管如圖9所示，最終研制的樣管工作參數如表1所示。

表1　工作參數

圖9　包裝后整管

　　從表1可以看出，該樣管設計基本達到設計參數要求，研制結果達到預期。該連續波磁控管的研制成功為我所民用連續波磁控管的開發與研制打下了堅實的基礎，并將極大地促進我所微波能應用的開展和研制工作，對推進我國微波能應用具有重要意義。