CN105097387B - 一种15kW/2450MHz注入锁频磁控管 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种2450MHz/15kW注入锁频磁控管，包括注入源、第一三端环形器、第二三端环形器、激励腔、磁控管及电磁铁，注入源与第一三端环形器的第一端连接，第一三端环形器的第二端与第二三端环形器的第一端连接，第二三端环形器的第二端与激励腔连接，磁控管以及电磁铁固定在激励腔上；第一三端环形器的第三端与一吸收负载连接吸收反射功率；第二三端环形器的第三端输出至负载；注入源通过第一三端环形器和第二三端环形器将2450MHz微波信号注入磁控管，磁控管的振荡频率被所注入信号频率控制，并将微波能输出至负载；磁控管的外观品质因数取值在100～120，其频率在2450MHz±2.5MHz，连续波输出功率≥15kW。利用本发明可将连续波磁控管的频率锁定在2450MHz，满足工业大规模应用要求。

Description

一种15kW/2450MHz注入锁频磁控管

技术领域

本发明涉及磁控管技术领域，具体而言涉及一种15kW/2450MHz注入锁频磁控管。

背景技术

在2450MHz频段，现有的单只磁控管的功率只能做到30kW，寿命2000小时，输出功率与寿命非常有限。工业生产中加热对象往往体积庞大，微波功率不够高将直接影响加热效果，并严重制约生产规模，远不能满足大规模工业连续生产的需求。

目前在微波加热领域，功率合成技术使用的是非相干功率合成，也就是简单将多个磁控管作为独立微波源进行非相干功率合成，这样将造成功率合成效率低、难以消除磁控管之间相互之间的干扰，严重影响微波源的工作稳定性和工作寿命，甚至直接损坏微波源。原因是现有技术对连续波磁控管频率的控制精度不高，因此磁控管的频率离散型较大，一般在2450MHz±30MHz，远不能满足注入锁频连续波磁控管对锁频带宽的要求以及相干功率合成对连续波磁控管频率的要求，即稳定工作在2450MHz。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷或不足，本发明目的在于提供一种15kW/2450MHz注入锁频磁控管，频率稳定度高，并可延长磁控管的使用寿命，满足不同行业对2450MHz频率段连续波磁控管的工作需求，同时在在注入信号的控制下，连续波磁控管将稳定工作在2450MHz，可满足相干功率合成的要求，采用相干功率合成技术能获得几百上千千瓦甚至更高的高频率稳定度的微波输出功率，满足大规模工业应用的实际需求。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种2450MHz/15kW注入锁频磁控管，包括注入源、第一三端环形器、第二三端环形器、激励腔、磁控管以及电磁铁，所述注入源与所述第一三端环形器的第一端连接，所述第一三端环形器的第二端与所述第二三端环形器的第一端连接，所述第二三端环形器的第二端与所述激励腔连接，所述磁控管以及所述电磁铁固定在所述激励腔上；所述第一三端环形器的第三端与一吸收负载连接用于吸收反射功率；所述第二三端环形器的第三端输出至负载；其中：

所述注入源通过所述第一三端环形器和第二三端环形器将2450MHz微波信号注入所述磁控管，磁控管的振荡频率被所注入信号频率控制，并将微波能输出至所述负载；

所述磁控管的外观品质因数取值在100～120，其频率在2450MHz±2.5MHz，连续波输出功率≥15kW。

进一步的实施例中，所述激励腔为标准BJ-22型激励腔。

进一步的实施例中，所述注入源为固态注入源，其注入功率为200W，频率为2450MHz。

进一步的实施例中，所述磁控管包括腔体组合、输出窗组合、引线组合和散热器，其中：

所述腔体组合由以下部分组成：圆柱形腔体；位于圆柱形腔体内的并呈瓣状分布的多个腔体翼片，腔体翼片的水路结构构成V型水路冷却结构；设置在圆柱形腔体外周的水冷套，水冷套内围绕所述圆柱形腔体设有带孔的隔水环；设置在圆柱形腔体内部两端、用于增加模式分割度的大、小隔型带，大隔型带位于小隔型带的外周并具有一间隙；插入所述水冷套内并用于冷却水注入和排出的水管；以及连接在腔体翼片上的输出天线；

所述输出窗组合与腔体组合的一端连接并形成密封结构，所述输出天线的另一端位于所述输出窗组合的内部并且不接触输出窗组合的内壁；

腔体组合的另外一端与所述引线组合焊接，所述引线组合上远离腔体组合的位置焊接有散热器。

进一步的实施例中，所述腔体翼片在沿所述瓣状分布方向的内部形成有狭孔，所述腔体翼片之间的狭孔与所述水冷套构成水冷却通道，且相邻腔体翼片之间的狭孔构成所述V型水路冷却结构。

进一步的实施例中，所述水管包括进水管和出水管，进水管插入所述水冷套内并延伸穿过所述隔水环，所述出水管插入所述水冷套并向内延伸至不超过所述隔水环的位置。

进一步的实施例中，所述大隔型带与小隔型带之间的距离值在0.7mm～0.8mm。

进一步的实施例中，所述输出天线的直径值在4.5mm～5.5mm，所述输出天线在伸出所述腔体的高度值在39mm～41mm。

进一步的实施例中，所述输出天线与大隔型带的间距值为0mm～0.4mm。

进一步的实施例中，所述输出窗组合包括盖和输出窗，输出窗为陶瓷材料制作成一U形状结构，该U形结构的开口与盖连接，所述盖与一下级靴连接形成密封结构，所述输出天线的一端与腔体翼片连接，其另一端伸入该U形结构的开口内部。

进一步的实施例中，所述引线组合包括引线杆、屏蔽帽、灯丝、上级靴、扼流筒、支持筒、定位瓷、瓷筒、上盖以及排气管，其中：所述屏蔽帽、灯丝、上级靴、扼流筒、支持筒、定位瓷、瓷筒、上盖围绕所述引线杆设置并以该引线杆为中心线，所述灯丝位于两个屏蔽帽之间，所述一个屏蔽帽卡在所述上级靴上，上级靴的另一侧依次固定安装扼流筒、支持筒以及位于其内部的定位瓷，所述瓷筒与支持筒连接，所述上盖位于瓷筒的另一端，所述排气管用银铜焊料焊在上盖的孔内并伸出所述上盖。

由以上本发明的技术方案可知，本发明提供的2450MHz/15kW注入锁频磁控管，所选用的低外观品质因数的磁控管，其具有如下优点：1、采用V型水冷结构，与散热器结合，提高散热效果，优化阳极结构设计；2、采用陶瓷输出窗结构，具有耐温度冲击，密封性能好等优点；3、采用轴向天线输出结构，提高微波能的输出效率；4、采用优化设计的引线结构，频率稳定度高，微波泄漏少；5、采用优化的隔型带间距设计、输出结构设计，降低整个磁控管的低外观品质因数，确保其高频率稳定度和较好的工作稳定性。因此，通过选用低外观品质因数的磁控管，使得注入锁频磁控管的频率稳定度高，微波泄漏少，工作稳定性好，安全性能高。

本发明的2450MHz/15kW注入锁频磁控管，其结构优化，性能稳定，可适用于工业用的各种大功率微波加热设备的磁控管，克服现有技术的不足。

附图说明

图1为本发明一实施方式2450MHz/15kW注入锁频磁控管的结构原理图。

图2为图1实施例中激励腔、磁控管及电磁铁的安装示意图。

图3为图1实施例中磁控管的一个示例性结构示意图。

图4为图3实施例中腔体组合的结构示意图。

图5为图3实施例中腔体组合另一方向的结构示意图。

图6为图3实施例中输出窗组合的结构示意图。

图7为图3实施例中引线组合的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

如图1和图2所示，一种2450MHz/15kW注入锁频磁控管，包括注入源100、第一三端环形器200、第二三端环形器300、激励腔400、磁控管500以及电磁铁600，所述注入源100与所述第一三端环形器100的第一端连接，所述第一三端环形器100的第二端与所述第二三端环形器200的第一端连接，所述第二三端环形器200的第二端与所述激励腔400连接，所述磁控管500以及所述电磁铁500固定在所述激励腔400上；所述第一三端环形器200的第三端与一吸收负载700连接用于吸收反射功率；所述第二三端环形器300的第三端输出至负载800；其中：

所述注入源100通过所述第一三端环形器200和第二三端环形器300将2450MHz微波信号注入所述磁控管500，磁控管500的振荡频率被所注入信号频率控制，并将微波能输出至所述负载800；

所述磁控管500的外观品质因数取值在100～120，其频率在2450MHz±2.5MHz，连续波输出功率≥15kW。

作为优选的实施方式，所述激励腔400为标准BJ-22型激励腔。

所述注入源100为固态注入源(市购)，其注入功率为200W，频率为2450MHz。

作为可选的实施方式，如图3所示，磁控管500包括腔体组合1、输出窗组合2、引线组合3和散热器4。

如图4，结合图5所示，腔体组合由以下部分组成：圆柱形腔体1a；位于圆柱形腔体内的并呈瓣状分布的多个腔体翼片1b(如图4、5)，腔体翼片的水路结构构成V型水路冷却结构；设置在圆柱形腔体外周的水冷套1c，水冷套内围绕所述圆柱形腔体设有带孔的隔水环1d；设置在圆柱形腔体内部两端、用于增加模式分割度的大、小隔型带(大隔型带1e、小隔型带1f)，大隔型带1e位于小隔型带1f的外周并具有一间隙(如图5)；插入所述水冷套内并用于冷却水注入和排出的水管1g；以及连接在腔体翼片上的输出天线1h。

所述输出窗组合2与腔体组合1的一端连接并形成密封结构，所述输出天线1h的另一端位于所述输出窗组合2的内部并且不接触输出窗组合2的内壁.

腔体组合1的另外一端与所述引线组合3焊接，所述引线组合3上远离腔体组合1的位置焊接有散热器4。

作为可选的实施方式，引线组合3与输出窗组合2分别用大电流钎焊焊接在腔体组合1的两端，经过排气后将排气管封离，并用高温锡焊将散热器4焊接在引线组合上。

如图4和图5所示，大、小隔型带表面镀银后与腔体2a焊接。输出天线2h通过银铜焊料与腔体1a焊接。隔水环1d焊接在腔体1a与水冷套1c之间，水冷套1c焊接在腔体1a外面，水管1g焊接在隔水环1d的孔内。

如图4和图5所示，作为可选的实施方式，所述腔体翼片1b在沿所述瓣状分布方向的内部形成有狭孔，所述腔体翼片之间的狭孔与所述水冷套构成水冷却通道用于对磁控管进行散热，且相邻腔体翼片1b之间的狭孔构成所述V型水路冷却结构。

如图5所示，结合图3和图4，所述水管1g包括进水管1g-1和出水管1g-2，进水管1g-1插入所述水冷套1c内并延伸穿过所述隔水环1d，所述出水管1g-2插入所述水冷套1c并向内延伸至不超过所述隔水环的位置。如此设计，可保证充分的冷却水循环，增强水冷的效果。

作为优选的实施方式，参考图4和图5所示，对于输出天线1h与大隔型带的间距1e，在本实施例亦做了大量试验和研究，如下表1，输出天线1h与大隔型带1e的间隙，该距离控制在0mm～0.4mm时，对外观品质因数(即Qe值)的影响较小，而且跳模的可能性比较小。

表1——输出天线与大隔型带间距对磁控管的影响

与大隔型带的间距	对Qe值的影响	对磁控管性能的影响
			0mm	降低16～20	无
0.2mm	降低10～15	无
			0.4mm	无	无
0.6mm	增加10～15	无
			0.8mm	增加16～22	磁控管容易跳模

作为优选的实施方式，如图4所示，大隔型带1e与小隔型带1f之间的距离值控制在一定的范围内，对磁控管的性能有较大的影响，尤其是中心频率和易打火情况。如下表2所示，经过大量的试验数据发现，大隔型带1e与小隔型带1f之间的间隙距离控制在0.7mm～0.8mm之间时，满足对磁控管的性能要求及外观品质因数的要求。

表2——隔型带间距对磁控管的影响

隔型带间距	对磁控管中心频率的影响	对磁控管性能的影响
			0.6mm	2440MHz	隔型带易打火
0.7mm	2448MHz	无
			0.8mm	2452MHz	无
0.9mm	2458MHz	无
			1.0mm	2466MHz	无

为增强微波能的输出效率，本实施例中采用轴向天线输出结构，参考下述表3、表4所示，作为优选的实施方式，所述输出天线的直径值在4.5mm～5.5mm，所述输出天线在伸出所述腔体的高度值在39mm～41mm。

表3——输出天线直径对磁控管的影响

输出天线直径	对Qe值的影响	对磁控管性能的影响
			4.0mm	无变化	传输效率下降，磁控管容易过热
4.5mm	无变化	无
			5.0mm	降低10～20	无
5.5mm	降低21～30	无
			6.0mm	降低31～36	磁控管容易打火

表4——输出天线高度对磁控管的影响

输出天线高度	对Qe值的影响	对磁控管性能的影响
			38mm	降低18～20	传输效率下降，磁控管功率下降
39mm	降低15～17	无
			40mm	降低10～14	无
41mm	降低5～9	无
			42mm	无变化	磁控管容易打火

试验表明，利用该直径范围和高度范围的输出天线，可保证微波能的输出效率，并且对外观品质因数的影响较小。

如图6所示，本实施例中，所述输出窗组合2包括盖2a和输出窗2b，输出窗2b为陶瓷材料制作成一U形状结构，该U形结构的开口与盖2a连接，所述盖2a与一下级靴5连接形成密封结构，结合图1所述，所述输出天线1h的一端与腔体翼片1b连接，其另一端伸入该U形结构的开口内部。

如图7所示，本实施例中，所述引线组合3包括引线杆3a、屏蔽帽3b、灯丝3c、上级靴3d、扼流筒3e、支持筒3f、定位瓷3g、瓷筒3h、上盖3i以及排气管3j，其中：所述屏蔽帽3b、灯丝3c、上级靴3d、扼流筒3e、支持筒3f、定位瓷3g、瓷筒3h、上盖3i围绕所述引线杆3a设置并以该引线杆3a为中心线，所述灯丝3c位于两个屏蔽帽3b之间，所述一个屏蔽帽3b卡在所述上级靴3d上，上级靴3d的另一侧依次固定安装扼流筒3e、支持筒3f以及位于其内部的定位瓷3g，所述瓷筒3h与支持筒3f连接，所述上盖3i位于瓷筒3h的另一端，所述排气管3j伸出所述上盖3i。

作为可选的实施方式，上盖3i用银铜焊料焊接在瓷筒3h上端；排气管3j用银铜焊料焊在上盖3i的孔内；支持筒3f用银铜焊料焊在瓷筒3h的下端，其另一端用银铜焊料与上极靴3d焊接在一起；位于支持筒3f内部，灯丝3c用氩弧焊焊接在屏蔽帽3b内部，位于上极靴3d的下端。

综上所述，利用本发明的2450MHz/15Kw注入锁频磁控管可将连续波磁控管的锁频带宽控制在2450MHz±2.5MHz范围内，通过注入2450MHz高频率稳定度的信号可将连续波磁控管的频率锁定在2450MHz，通过相干功率合成可得到几百上千千瓦甚至更高的微波输出功率，满足工业大规模应用的要求。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.一种2450MHz/15kW注入锁频磁控管，其特征在于，包括注入源、第一三端环形器、第二三端环形器、激励腔、磁控管以及电磁铁，所述注入源与所述第一三端环形器的第一端连接，所述第一三端环形器的第二端与所述第二三端环形器的第一端连接，所述第二三端环形器的第二端与所述激励腔连接，所述磁控管以及所述电磁铁固定在所述激励腔上；所述第一三端环形器的第三端与一吸收负载连接用于吸收反射功率；所述第二三端环形器的第三端输出至负载；其中：

所述注入源通过所述第一三端环形器和第二三端环形器将2450MHz微波信号注入所述磁控管，磁控管的振荡频率被所注入信号频率控制，并将微波能输出至所述负载；

所述磁控管的外观品质因数取值在100～120，其频率在2450MHz±2.5MHz，连续波输出功率≥15kW；

所述磁控管包括腔体组合、输出窗组合、引线组合和散热器，其中：

所述腔体组合由以下部分组成：圆柱形腔体；位于圆柱形腔体内的并呈瓣状分布的多个腔体翼片，腔体翼片的水路结构构成V型水路冷却结构；设置在圆柱形腔体外周的水冷套，水冷套内围绕所述圆柱形腔体设有带孔的隔水环；设置在圆柱形腔体内部两端、用于增加模式分割度的大、小隔型带，大隔型带位于小隔型带的外周并具有一间隙；插入所述水冷套内并用于冷却水注入和排出的水管；以及连接在腔体翼片上的输出天线；

所述输出窗组合与腔体组合的一端连接并形成密封结构，所述输出天线的另一端位于所述输出窗组合的内部并且不接触输出窗组合的内壁；

腔体组合的另外一端与所述引线组合焊接，所述引线组合上远离腔体组合的位置焊接有散热器；

所述激励腔为标准BJ-22型激励腔；

所述注入源为固态注入源，其注入功率为200W，频率为2450MHz。

2.根据权利要求1所述的2450MHz/15kW注入锁频磁控管，其特征在于，所述腔体翼片在沿所述瓣状分布方向的内部形成有狭孔，所述腔体翼片之间的狭孔与所述水冷套构成水冷却通道，且相邻腔体翼片之间的狭孔构成所述V型水路冷却结构。

3.根据权利要求1所述的2450MHz/15kW注入锁频磁控管，其特征在于，所述水管包括进水管和出水管，进水管插入所述水冷套内并延伸穿过所述隔水环，所述出水管插入所述水冷套并向内延伸至不超过所述隔水环的位置。

4.根据权利要求1所述的2450MHz/15kW注入锁频磁控管，其特征在于，所述大隔型带与小隔型带之间的距离值在0.7mm～0.8mm。

5.根据权利要求1所述的2450MHz/15kW注入锁频磁控管，其特征在于，所述输出天线的直径值在4.5mm～5.5mm，所述输出天线在伸出所述腔体的高度值在39mm～41mm，所述输出天线与大隔型带的间距值为0mm～0.4mm。

6.根据权利要求1所述的2450MHz/15kW注入锁频磁控管，其特征在于，所述输出窗组合包括盖和输出窗，输出窗为陶瓷材料制作成一U形结构，该U形结构的开口与盖连接，所述盖与一下级靴连接形成密封结构，所述输出天线的一端与腔体翼片连接，其另一端伸入该U形结构的开口内部。

7.根据权利要求1所述的2450MHz/15kW注入锁频磁控管，其特征在于，所述引线组合包括引线杆、屏蔽帽、灯丝、上级靴、扼流筒、支持筒、定位瓷、瓷筒、上盖以及排气管，其中：所述屏蔽帽、灯丝、上级靴、扼流筒、支持筒、定位瓷、瓷筒、上盖围绕所述引线杆设置并以该引线杆为中心线，所述灯丝位于两个屏蔽帽之间，所述其中一个屏蔽帽卡在所述上级靴上，上级靴的另一侧依次固定安装扼流筒、支持筒以及位于其内部的定位瓷，所述瓷筒与支持筒连接，所述上盖位于瓷筒的另一端，所述排气管用银铜焊料焊在上盖的孔内并伸出所述上盖。