CN110534386B - 一种轴向双结构双频输出微波炉用磁控管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轴向双结构双频输出微波炉用磁控管，包括：阳极结构、阴极结构、输入结构和输出部件；本发明提供了一种能实现双端双频输出功率的微波炉用磁控管结构，这种结构简单，可以在常规电压下工作，两个腔的输出频率和相位不同，并且输出功率可达到现有的微波炉用磁控管的功率的1.2～2倍。
Description
技术领域
本发明属于真空电子器件中的微波源技术领域，具体涉及一种轴向双结构双频输出微波炉用磁控管。
背景技术
随着电子技术的发展，半导体器件在低功率、低频率、低电压较电真空器件有优势，但在高功率的电真空器件应用中，磁控管仍占有绝对优势。如果磁控管能在常规电压下提供更高的输出功率，并且能够实现频率分离工作，而解决微波炉的均匀性问题，那么将极大拓宽磁控管的应用范围，在更多的民用方面占据主导地位，大大拓宽应用前景。
因此对于磁控管的改进就变得尤为重要。利用具有轴向双结构双频输出的磁控管，在两腔之间有耦合的情况下可以得到多个同频同相的功率输出；在没有耦合的情况下可以得到两个不同频率、不同相位的功率输出，实现频率分离工作，有望解决微波炉的均匀性问题，并应用到功率合成上，获得较大的功率输出。这可用于大规模集成化。
实用新型内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种轴向双结构双频输出微波炉用磁控管解决了现有磁控管的均匀性问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种轴向双结构双频输出微波炉用磁控管，包括：阳极结构、阴极结构、输入结构(11)和输出部件；
所述阳极结构包括：第一阳极结构和第二阳极结构；
所述第一阳极结构和第二阳极结构的结构相同，均包括：阳极桶、叶片、隔模带、极靴和隔离结构；
所述叶片沿阳极桶的径向从阳极桶的内圆周上伸出，相邻叶片之间的空间形成谐振腔；所述隔模带设置在叶片上；
所述阴极结构包括：第一阴丝、第二阴丝、第一T型金属杆、第二T型金属杆、第一阴极帽和第二阴极帽；
所述第一阴丝设置于第一阳极结构的多个叶片的中心空间内，其一端与第一阴极帽固定连接；所述第二阴丝设置于第二阳极结构的多个叶片的中心空间内，其一端与第二阴极帽固定连接；
所述第一阳极结构的隔离结构设有用于穿过第一阴极帽的轴孔；所述第二阳极结构的隔离结构设有用于穿过第二阴极帽的轴孔；
所述输入结构一端的两侧壁分别与第一阳极结构的隔离结构和第二阳极结构的隔离结构固定连接，并位于第一阳极结构的阳极桶和第二阳极结构的阳极桶之间；
所述第一T型金属杆的横向端伸出输入结构腔体，并分别伸入第一阴丝和第二阴丝构成的腔体内；
所述第二T型金属杆的横向端伸出输入结构腔体，并分别与第一阴极帽和第二阴极帽固定连接；
所述第一阳极结构的极靴安装在第一阳极结构的阳极桶的顶端开放端内；
所述第二阳极结构的极靴安装在第二阳极结构的阳极桶的顶端开放端内；
所述输出部件包括：第一输出部件和第二输出部件；
所述第一输出部件与第一阳极结构的阳极桶固定连接；
所述第二输出部件与第二阳极结构的阳极桶固定连接。
进一步地：第一输出部件包括：第一输出天线；
所述第二输出部件包括：第二输出天线；
所述第一输出天线穿过第一阳极结构的极靴与第一阳极结构的叶片固定连接；
所述第二输出天线穿过第二阳极结构的极靴与第二阳极结构的叶片固定连接。
进一步地：第一阳极结构的隔离结构与第二阳极结构的隔离结构间的距离为16mm。
进一步地：第一阴丝远离第一阴极帽的一端与第二阴丝远离第二阴极帽的一端间的距离为40mm。
进一步地：极靴所在第一阳极结构的阳极桶的一端与极靴所在第二阳极结构的阳极桶的一端间的距离为60mm。
进一步地：第一阳极结构的叶片与第一阳极结构的极靴底部的距离为1.7mm；
所述第二阳极结构的叶片与第二阳极结构的极靴底部的距离为1.7mm。
进一步地：隔离结构采用金属隔离结构。
本发明的有益效果为：本发明提出一种具有轴向双结构，能实现双端双频输出功率的微波炉用磁控管结构，这种结构简单，可以在常规电压下工作，两个腔的输出频率和相位不同，并且输出功率可达到现有的微波炉用磁控管的功率的1.2～2倍。如果频率不同，那么就可以实现频率分离工作，解决微波炉用磁控管的均匀性。这样就可以带来更广阔的应用前景，因此这种具有轴向多结构双端输出的磁控管的设计研究具有重大的价值和现实意义。
附图说明
图1为一种轴向双结构双频输出微波炉用磁控管结构示意图；
图2为阳极结构示意图；
图3为阴极结构示意图；
图4为隔离结构示意图；
图5为一种轴向双结构双频输出微波炉用磁控管的尺寸图；
其中：1、阳极桶；2、叶片；3、隔模带；4、第一阴丝；5、第二阴丝；6、第一T型金属杆；7、第二T型金属杆；8、第一阴极帽；9、第二阴极帽；10、隔离结构；11、输入结构；12、极靴；13、第一输出天线；14、第二输出天线；15、第一输出部件；16、第二输出部件。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种轴向双结构双频输出微波炉用磁控管，包括：阳极结构、阴极结构、输入结构11和输出部件；
所述阳极结构包括：第一阳极结构和第二阳极结构；
如图2所示，所述第一阳极结构和第二阳极结构的结构相同，均包括：阳极桶1、叶片2、隔模带3、极靴12和隔离结构10；
所述叶片2沿阳极桶1的径向从阳极桶1的内圆周上伸出，相邻叶片2之间的空间形成谐振腔；所述隔模带3设置在叶片2上；
如图3所示，所述阴极结构包括：第一阴丝4、第二阴丝5、第一T型金属杆6、第二T型金属杆7、第一阴极帽8和第二阴极帽9；
所述第一阴丝4设置于第一阳极结构的多个叶片2的中心空间内，其一端与第一阴极帽8固定连接；所述第二阴丝5设置于第二阳极结构的多个叶片2的中心空间内，其一端与第二阴极帽9固定连接；
图4中包括：图a和图b，图a为轴向剖视图，图b为轴向俯视图，所述第一阳极结构的隔离结构10设有用于穿过第一阴极帽8的轴孔；所述第二阳极结构的隔离结构10设有用于穿过第二阴极帽9的轴孔；
所述输入结构11一端的两侧壁分别与第一阳极结构的隔离结构10和第二阳极结构的隔离结构10固定连接，并位于第一阳极结构的阳极桶1和第二阳极结构的阳极桶1之间；
所述第一T型金属杆6的横向端伸出输入结构11腔体，并分别伸入第一阴丝4和第二阴丝5构成的腔体内；
所述第二T型金属杆7的横向端伸出输入结构11腔体，并分别与第一阴极帽8和第二阴极帽9固定连接；
所述第一阳极结构的极靴12安装在第一阳极结构的阳极桶1的顶端开放端内；
所述第二阳极结构的极靴12安装在第二阳极结构的阳极桶1的顶端开放端内；
所述输出部件包括：第一输出部件15和第二输出部件16；
所述第一输出部件15与第一阳极结构的阳极桶1固定连接；
所述第二输出部件16与第二阳极结构的阳极桶1固定连接。
第一输出部件15包括：第一输出天线13；
所述第二输出部件16包括：第二输出天线14；
所述第一输出天线15穿过第一阳极结构的极靴12与第一阳极结构的叶片1固定连接；
所述第二输出天线16穿过第二阳极结构的极靴12与第二阳极结构的叶片1固定连接。
如图5所示，第一阳极结构的隔离结构10与第二阳极结构的隔离结构10间的距离为16mm。
第一阴丝4远离第一阴极帽8的一端与第二阴丝5远离第二阴极帽9的一端间的距离为40mm。
极靴12所在第一阳极结构的阳极桶1的一端与极靴12所在第二阳极结构的阳极桶1的一端间的距离为60mm。
第一阳极结构的叶片2与第一阳极结构的极靴12底部的距离为1.7mm；
所述第二阳极结构的叶片2与第二阳极结构的极靴12底部的距离为1.7mm。
电流从输入结构11的第一T型金属杆6流进，一分为二流过两个谐振腔的两根阴丝，再沿着与各谐振腔的阴极帽连接的第二T型金属杆7流出。在阴丝发热、阳极与阴极间的加上高电压的情况下产生电子，电子在叶片2与阴极结构之间形成的互作用空间中的高压电场和外加静磁场的影响下做曲线运动，同时电子和叶片2周期结构所产生的高频场的π模相互作用，并将自身的能量交换给高频场，实现能量交换，最后电子打在叶片2上。另一方面通过叶片2上的输出天线和输出结构将高频电磁场导出。为了实现两个腔的谐振频率分离，用隔离结构10将两个腔分开。在本实例中的两隔离结构10间的距离为16mm主要是为了保证在输入结构11上面加的高压盒是足够安全的。在本实例中的叶片2高度为尺寸8mm，再考虑到阴极帽的厚度以及隔离结构与叶片2之间的距离，阴极结构的两端距离为40mm。考虑到极靴12的深度对互作用空间的磁场分布的影响，两阳极筒1的高度取60mm合适，极靴12底端与叶片2上端的距离取1.7mm。
本发明提出具有轴向双结构双频输出磁控管的设计结构，使得轴向的多个注波互作用腔工作在不同的频率上，改变微波炉用磁控管的均匀性，同时适当的提高输出功率，大约为单个腔输出功率的1.2～2倍，其功率输出是准连续波。
通过采用轴向双结构，两个互作用腔的高频电磁波从两端输出，而阴极输入设计在中间，用金属隔离器将两个腔体隔开，就能使得两个腔的工作频率不同，实现频率分离工作；如果要保持两个腔的输出同频同相，只需要在金属隔离器的适当位置开一个孔，用一根天线将两腔的叶片2连接起来，而改变天线在叶片2上的连接位置就能改变腔与腔的高频场耦合大小，输出功率随之变化的。对于频率分离工作这种情况有如下重要特点：第一，采用这种具有轴向双结构双频输出磁控管可以在2400MHz-2500MHz范围下实现准连续波工作；第二，其工作电压与传统微波炉磁控管几乎完全相同，可设定工作电压区间为3～5kV；第三，每个腔体的输出功率接近700-1200W；第四，频率分离工作解决微波炉用磁控管的均匀性。上述特点使得采用这种具有轴向双结构双频输出磁控管结构的器件能够更广泛的应用于民用和工业方面。
阳极结构和阴极结构是整个磁控管的核心，电子的发射和注波互作用的产生主要由这两部分控制。阳极由两个多腔结构沿轴向连接而成，用两隔离结构10将两个腔体隔开，这样可以减小两个腔体之间的相互影响，让两者的工作频率分离，以此改变微波炉用磁控管的均匀性，阴极从两腔的中间处输入，功率从两端输出。阳极结构、阴极结构和输出部件通过焊接成一个整体。本发明结构简单，整体性和一致性好，易于加工，装配精度可以得到保证；同时，由于几乎采用全金属结构，其散热性能好，具有功率容量高等优点。
输出功率是一个很重要的指标，要将轴向双结构双频输出微波炉用磁控管新结构应用于实际，使其在工作电压保持不变的前提下得到两个腔的异频功率输出。其工作频率与磁控管的工作频率在2.40GHz～2.50GHz，根据具体需要设计两个腔结构使其工作频率达到要求，而功率的输出是单个腔功率输出的1.2～2倍范围。磁控管在电压为3～5kV的条件下，每个输出端功率接近700W-1200W。相对于一般的微波炉磁控管，这种具有轴向双结构双频输出连续波磁控管的结构设计，可以有效改善现有微波炉的均匀性，能进一步应用于工业和民用领域，应用前景十分广阔。
本发明的优势在于其在3～5kV工作电压条件下可以使磁控管频率分离工作，改变微波炉用磁控管的均匀性，而输出功率根据需要比单个磁控管的输出功率提升1.2～2倍。值得注意的是，这种轴向双结构双频输出的磁控管还可以在两个频率差异较大的频率上工作，比如一工作在2.458GHz，一个工作在5.80GHz，或则其他频率。由于保证了的频率分离工作和功率的适当提升，采用这种具有轴向双结构双频输出微波炉磁控管的结构设计有望应用在微波炉以及集成化等的场合，同时还可能开发出新的应用领域，具有较为广阔的应用前景和生产价值。
Claims (7)
1.一种轴向双结构双频输出微波炉用磁控管，其特征在于，包括：阳极结构、阴极结构、输入结构(11)和输出部件；
所述阳极结构包括：第一阳极结构和第二阳极结构；
所述第一阳极结构和第二阳极结构的结构相同，均包括：阳极桶(1)、叶片(2)、隔模带(3)、极靴(12)和隔离结构(10)；
所述叶片(2)沿阳极桶(1)的径向从阳极桶(1)的内圆周上伸出，相邻叶片(2)之间的空间形成谐振腔；所述隔模带(3)设置在叶片(2)上；
所述阴极结构包括：第一阴丝(4)、第二阴丝(5)、第一T型金属杆(6)、第二T型金属杆(7)、第一阴极帽(8)和第二阴极帽(9)；
所述第一阴丝(4)设置于第一阳极结构的多个叶片(2)的中心空间内，其一端与第一阴极帽(8)固定连接；所述第二阴丝(5)设置于第二阳极结构的多个叶片(2)的中心空间内，其一端与第二阴极帽(9)固定连接；
所述第一阳极结构的隔离结构(10)设有用于穿过第一阴极帽(8)的轴孔；所述第二阳极结构的隔离结构(10)设有用于穿过第二阴极帽(9)的轴孔；
所述输入结构(11)一端的两侧壁分别与第一阳极结构的隔离结构(10)和第二阳极结构的隔离结构(10)固定连接，并位于第一阳极结构的阳极桶(1)和第二阳极结构的阳极桶(1)之间；
所述第一T型金属杆(6)的横向端伸出输入结构(11)腔体，并分别伸入第一阴丝(4)和第二阴丝(5)构成的腔体内；
所述第二T型金属杆(7)的横向端伸出输入结构(11)腔体，并分别与第一阴极帽(8)和第二阴极帽(9)固定连接；
所述第一阳极结构的极靴(12)安装在第一阳极结构的阳极桶(1)的顶端开放端内；
所述第二阳极结构的极靴(12)安装在第二阳极结构的阳极桶(1)的顶端开放端内；
所述输出部件包括：第一输出部件(15)和第二输出部件(16)；
所述第一输出部件(15)与第一阳极结构的阳极桶(1)固定连接；
所述第二输出部件(16)与第二阳极结构的阳极桶(1)固定连接。
2.根据权利要求1所述的轴向双结构双频输出微波炉用磁控管，其特征在于，所述第一输出部件(15)包括：第一输出天线(13)；
所述第二输出部件(16)包括：第二输出天线(14)；
所述第一输出天线(15)穿过第一阳极结构的极靴(12)与第一阳极结构的叶片(1)固定连接；
所述第二输出天线(16)穿过第二阳极结构的极靴(12)与第二阳极结构的叶片(1)固定连接。
3.根据权利要求1所述的轴向双结构双频输出微波炉用磁控管，其特征在于，所述第一阳极结构的隔离结构(10)与第二阳极结构的隔离结构(10)间的距离为16mm。
4.根据权利要求1所述的轴向双结构双频输出微波炉用磁控管，其特征在于，所述第一阴丝(4)远离第一阴极帽(8)的一端与第二阴丝(5)远离第二阴极帽(9)的一端间的距离为40mm。
5.根据权利要求1所述的轴向双结构双频输出微波炉用磁控管，其特征在于，所述极靴(12)所在第一阳极结构的阳极桶(1)的一端与极靴(12)所在第二阳极结构的阳极桶(1)的一端间的距离为60mm。
6.根据权利要求1所述的轴向双结构双频输出微波炉用磁控管，其特征在于，所述第一阳极结构的叶片(2)与第一阳极结构的极靴(12)底部的距离为1.7mm；
所述第二阳极结构的叶片(2)与第二阳极结构的极靴(12)底部的距离为1.7mm。
7.根据权利要求1所述的轴向双结构双频输出微波炉用磁控管，其特征在于，所述隔离结构(10)采用金属隔离结构。
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Granted publication date: 20200623 |