CN103258704B - 一种75kW/915MHz大功率连续波磁控管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种75kW连续波磁控管，它包括阳极腔体组合(1)，阴极引出线组合(2)，与阳极腔体组合(1)相连的水管(3)，与阳极腔体组合(1)相连的输出窗组合(4)，固定在阳极腔体组合(1)上的天线组合(5)，天线组合(5)位于输出窗(4)内部，固定在阳极腔体组合(1)一端的內极靴(6)。该连续波磁控管结构设计合理，功率大，输出效率高，微波泄漏少，安全性能高，尤其是采用特性阻抗高的扇形谐振系统结构的阳极结构，并对阳极采用∏型水路冷却结构，散热效果更好，打火几率少，工作稳定，结构新颖，可适用于工业用的大功率微波加热设备的磁控管。

Description

一种75kW/915MHz大功率连续波磁控管

技术领域

本发明涉及一种磁控管，具体涉及一种75kW、915MHz大功率连续波磁控管。

背景技术

微波加热是将微波作为一种能源来加以利用，当微波与物质分子相互作用，产生分子极化、取向、摩擦、碰撞、吸收微波能而产生热效应，这种加热方法就称为微波加热。微波加热方法优于传统的蒸汽加热、电热、红外加热方法，具有高效、加热均匀、易控，便于实现自动化、设备体积小、产品质量好、消毒、杀菌，产品安全卫生等优点。微波能发生器已广泛地用于化工、中药萃取、医疗等行业，用来进行催化反应、材料分析、杀菌处理等。磁控管是微波加热设备的核心部件，随着工业加热使用范围的不断扩大，国内外市场上对大功率连续波磁控管的需求逐渐增加。而大功率连续波磁控管的研究较少，目前没有结构稳定，功率大，输出效率高，使用安全的连续波磁控管。因此，为了满足工业快速发展的需求，很有必要在现有技术基础上设计开发一种功率大，应用安全，可广泛应用的75kW连续波磁控管。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种结构设计合理，负载驻波小，功率大，输出效率高，微波泄漏少，安全性能更高的75kW连续波磁控管，本发明通过大量实验优化阳极结构，采用易于加工、特性阻抗高的扇形谐振系统结构，并对阳极冷却结构进行优化，采用∏型水路冷却结构，散热效果更好，并通过大量实验对阴极结构进行大量实验筛选优化，打火几率明显减少，工作更加稳定，并对天线组合进行大量实验筛选，采用轴向天线输出结构，保证高的输出效率，本发明提供的75kW大功率连续波磁控管是一种性能优越，结构新颖，可适用于工业用的大功率微波加热设备的磁控管。

技术方案：为了实现以上目的，本发明所采取的技术方案为:

一种75kW连续波磁控管其特征在于，它包括阳极腔体组合，阴极引出线组合，与阳极腔体组合相连的水管，与阳极腔体组合相连的输出窗组合，固定在阳极腔体组合上的天线组合，天线组合位于输出窗内部，固定在阳极腔体组合一端的內极靴，所述的阳极腔体组合包括位于腔体内的腔体叶片，设置在腔体外周的水冷套，水冷套内设有隔水环，每个腔体叶片上均开设有进水管，出水管和螺纹状水嘴塞子，设置在腔体两端，用于增加模式分割度的隔膜带，连接在腔体叶片上的输出线，分别连接在腔体两侧的引线端端盖接头和输出端端盖接头，所述的腔体叶片间构成特性阻抗高的扇槽形谐振系统，所述的腔体叶片的水路结构构成∏型水路冷却结构。

以上所述的75kW连续波磁控管，所述的输出窗既能使磁控管形成密闭的空间，又能保证功率输出。

作为优选方案，以上所述的75kW连续波磁控管，所述的隔膜带为双环双隔膜带，本发明创新的采用双环双隔膜带可以有效的增加π模的分隔度，防止跳模，性能更加稳定，具有很好的技术效果。

作为优选方案，以上所述的75kW连续波磁控管，所述的扇槽形谐振系统的谐振腔数目为10。本发明通过大量实验筛选谐振腔的结构，优选得到特性阻抗较高的扇槽形谐振腔系统。

本发明扇槽形谐振系统的设计核算：

（a）谐振系统特性阻抗的选择

特性阻抗由下式确定:

${\mathrm{\ρ}}_s={\left(k_v\right)}^2\frac{U_a^2}{P_0{Q}_e}$ (欧)

式中，k_v—高频电压比例系数，k_v=0.25

U_a—阳极电压，U_a=18000V

P₀—输出功率，P₀=75000W

Q_e—外观品质因素，Q_e=120

可得，ρ_S=3.24Ω，取ρ_S=3.24Ω

（b）谐振系统等效电感和等效电容的计算

等效电感和等效电容分别可由下式计算：

$L_r=\frac{N{\mathrm{\ρ}}_S{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{\π}}}{60\mathrm{\π}}$ （厘米）

$C_{\mathrm{\Σ}}=\frac{15{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{\π}}}{N{\mathrm{\ρ}}_S\mathrm{\π}}$ （厘米）

式中，N—谐振腔数目，N=10

ρ_S—特性阻抗，ρ_S=16Ω

λ_π—谐振波长，λ_π=32.79cm

可得，Lr=5.637cm，C_Σ=4.833cm。

(c)C_r'的计算

由互作用空间的设计计算可知：

N=10，D_a=9.42cm，d_a=2.92cm,τ_a=0.717cm，h_a=5.08cm，

W=0.2cm，μ=3.58。令f_π=915MHz，λ_π=32.79cm，

$\mathrm{\ρ}=\frac{{\mathrm{\τ}}_a^{\′}}{2\sin \frac{\mathrm{\π}}{N}}=1.78\mathrm{cm},$ $r_v=\frac{D_a}{2}-\mathrm{\ρ}=2.93\mathrm{cm},$

$l=\frac{{\mathrm{\τ}}_a^{\′}-{\mathrm{\τ}}_a}{2\sin \frac{\mathrm{\π}}{N}}=0.620\mathrm{cm},$

$r_0=\frac{d_a}{2}-\mathrm{\ρ}\cos \frac{\mathrm{\π}}{N}+l\cos \frac{\mathrm{\π}}{N}$

$=0.357\mathrm{cm}$

由此可得： $\frac{l}{W}=3.1,$ $\frac{r_0}{r_v}=0.12,$ 得 ${C_r}^{\′}\frac{4\mathrm{\π}}{h_a}=5.5,$ C_r'=2.225cm。  （d）

边缘电容C_a的计算：

边缘电容C_a的值由下式决定:

$C_a=\frac{h_a}{4{\mathrm{\π}}^2}[1+\ln \frac{4}{\mathrm{\π}}(1+\mathrm{\μ})]=0.2272\left(\mathrm{cm}\right)$

（e）模带电容C_S的确定

模带电容C_S的值由下式决定:

C_S=C_Σ-C_r'-C_a=2.381(cm)

本发明磁控管工作时有一定的效率，损耗的功率会在阳极形成耗散，阳极承受的耗散功率会使阳极变热，如果不及时对阳极进行冷却造成阳极温度过高，会影响磁控管的正常工作。因此必须对磁控管腔体进行冷却，而良好的冷却回路结构是保证阳极能否充分冷却的重要因素。本发明在每个腔体叶片上均开设有进水管，出水管和螺纹状水嘴塞子，腔体叶片的水路结构构成∏型水路冷却结构（如图5所示）。采用这种水冷结构，可以增大冷却水与翼片的接触面积；并且在水路中增加螺纹状水嘴塞子，同样也可增大冷却水与阳极的接触面积。可大大提高冷却效率，可保证阳极在大功率下能够稳定工作。取得非常好的技术效果。

作为优选方案，以上所述的75kW连续波磁控管，所述的阴极引出线组合包括绝缘陶瓷筒，位于绝缘陶瓷筒内的扼流筒，位于扼流筒内的支持筒，位于支持筒内的灯丝扼流筒，位于灯丝扼流筒的引线杆，安装在引线杆一端上的灯丝，与扼流筒一端相连的上极靴，安装在引线杆上的屏蔽帽，连接高压的阴极引线柱，连接灯丝电源的灯丝引线柱。

本发明所述的引线杆另一端连接有排气管，排气管外周设有保护帽组合，防止排气管受外力受损。

作为更优选方案，以上所述的75kW连续波磁控管，所述的灯丝的圈数为13，灯丝的节距为3.32mm至3.4mm,灯丝的直径为12.7±0.1mm。本发明根据现有技术阴极存在打火现象比较严重的技术问题，对阴极及灯丝的结构进行了大量实验筛选，优选出灯丝的圈数为、节距和灯丝的直径，取得了以下技术进步：

1、通过减小灯丝节距，可有效增加阴极的有效发射面积。

2、通过增大灯丝外径，增大磁控管的阴阳极直径比，可提高磁控管的工作稳定性，降低了磁控管的打火几率。

3、并且由于增加了灯丝电阻，工作时灯丝的加热功率P＝I2R可得到提高，能提高阴极的工作温度，从而能提高阴极的发射能力。

作为更优选方案，以上所述的75kW连续波磁控管其特征在于，所述的天线组合为轴向天线输出结构，输出效率高。

有益效果：本发明提供的75kW连续波磁控管与现有技术相比具有以下优点：

本发明提供的75kW连续波磁控管通过大量实验筛选微波抑制器的结构，结构设计合理，负载驻波小，功率大，输出效率高，微波泄漏少，安全性能更高的75kW连续波磁控管，本发明通过大量实验优化阳极结构，采用易于加工、特性阻抗高的扇形谐振系统结构，并对阳极冷却结构进行优化，采用∏型水路冷却结构，散热效果更好，并通过大量实验对阴极结构进行大量实验筛选优化，打火几率明显减少，工作更加稳定，并对天线组合进行大量实验筛选，采用轴向天线输出结构，保证高的输出效率，本发明提供的75kW大功率连续波磁控管是一种性能优越，结构新颖，可适用于工业用的大功率微波加热设备的磁控管。可克服现有技术的很多不足。

附图说明

图1为本发明提供的75kW连续波磁控管的结构示意图。

图2为本发明提供的75kW连续波磁控管中阴极引出线组合的结构示意图。

图3为本发明提供的75kW连续波磁控管中阳极腔体组合的结构示意图。

图4为本发明提供的75kW连续波磁控管中腔体的结构示意图。

图5为本发明提供的75kW连续波磁控管中天线组合的结构示意图。

图6为本发明提供的75kW连续波磁控管中磁控管冷却水路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1至图6所示，一种75kW连续波磁控管，它包括阳极腔体组合(1)，阴极引出线组合(2)，与阳极腔体组合(1)相连的水管(3)，与阳极腔体组合(1)相连的输出窗组合(4)，固定在阳极腔体组合(1)上的天线组合(5)，天线组合(5)位于输出窗(4)内部，固定在阳极腔体组合(1)一端的內极靴(6)，所述的阳极腔体组合(1)包括位于腔体内的腔体叶片(1-1)，设置在腔体外周的水冷套(1-2)，水冷套(1-2)内设有隔水环(1-3)，每个腔体叶片(1-1)上均开设有进水管(1-4)，出水管(1-5)和螺纹状水嘴塞子(1-6)，设置在腔体两端，用于增加模式分割度的双环双隔膜带(1-7)，连接在腔体叶片(1-1)上的输出线(1-8)，分别连接在腔体两侧的引线端端盖接头(1-9)和输出端端盖接头(1-10)，所述的腔体叶片(1-1)间构成特性阻抗高的扇槽形谐振系统，所述的腔体叶片(1-1)的水路结构构成∏型水路冷却结构。

以上所述的75kW连续波磁控管，所述的扇槽形谐振系统的谐振腔数目为10。

以上所述的75kW连续波磁控管，所述的阴极引出线组合(2)包括绝缘陶瓷筒(2-1)，位于绝缘陶瓷筒(2-1)内的扼流筒(2-2)，位于扼流筒(2-2)内的支持筒(2-3)，位于支持筒(2-3)内的灯丝扼流筒(2-4)，位于灯丝扼流筒(2-4)的引线杆(2-5)，安装在引线杆(2-5)一端上的灯丝(2-6)，连接在引线杆(2-5)另一端的排气管(2-7)，排气管(2-7)外周套有保护帽组合(2-8)，与扼流筒(2-2)一端相连的上极靴(2-9)，安装在引线杆(2-5)上的屏蔽帽(2-10)，连接高压的阴极引线柱(2-11)，连接灯丝电源的灯丝引线柱(2-12)。

以上所述的75kW连续波磁控管，所述的灯丝(2-6)的圈数为13，灯丝(2-6)的节距为3.32mm至3.4mm,灯丝(2-6)的直径为12.7±0.1mm。

以上所述的75kW连续波磁控管，所述的天线组合(5)为轴向天线输出结构。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种75kW连续波磁控管，其特征在于，它包括阳极腔体组合(1)，阴极引出线组合(2)，与阳极腔体组合(1)相连的水管(3)，与阳极腔体组合(1)相连的输出窗组合(4)，固定在阳极腔体组合(1)上的天线组合(5)，天线组合(5)位于输出窗(4)内部，固定在阳极腔体组合(1)一端的內极靴(6)，所述的阳极腔体组合(1)包括位于腔体内的腔体叶片(1-1)，设置在腔体外周的水冷套(1-2)，水冷套(1-2)内设有隔水环(1-3)，每个腔体叶片(1-1)上均开设有进水管(1-4)，出水管(1-5)和螺纹状水嘴塞子(1-6)，设置在腔体两端，用于增加模式分割度的隔膜带(1-7)，连接在腔体叶片(1-1)上的输出线(1-8)，分别连接在腔体两侧的引线端端盖接头(1-9)和输出端端盖接头(1-10)，所述的腔体叶片(1-1)间构成特性阻抗高的扇槽形谐振系统，所述的腔体叶片(1-1)的水路结构构成∏型水路冷却结构；

所述的隔膜带(1-7)为双环双隔膜带；

所述的阴极引出线组合(2)包括绝缘陶瓷筒(2-1)，位于绝缘陶瓷筒(2-1)内的扼流筒(2-2)，位于扼流筒(2-2)内的支持筒(2-3)，位于支持筒(2-3)内的灯丝扼流筒(2-4)，位于灯丝扼流筒(2-4)内部的引线杆(2-5)，安装在引线杆(2-5)一端上的灯丝(2-6)，连接在引线杆(2-5)另一端的排气管(2-7)，排气管(2-7)外周套有保护帽组合(2-8)，与扼流筒(2-2)一端相连的上极靴(2-9)，安装在引线杆(2-5)上的屏蔽帽(2-10)，连接高压的阴极引线柱(2-11)，连接灯丝电源的灯丝引线柱(2-12)；

所述的灯丝(2-6)的圈数为13，灯丝(2-6)的节距为3.32mm至3.4mm，灯丝(2-6)的直径为12.7±0.1mm。

2.根据权利要求1所述的75kW连续波磁控管，其特征在于，所述的扇槽形谐振系统的谐振腔数目为10。

3.根据权利要求1所述的75kW连续波磁控管，其特征在于，所述的天线组合(5)为轴向天线输出结构。