大功率连续波磁控管腔体一体化的研究

王荣川 孙陵斌

摘要：本文对大功率连续波磁控管在生产过程中，出现的腔体组合一致性较差的现象进行了分析，对出现的问题进行了归纳，并制定了改进措施，通过对比和分析，改进措施的实施能有效提高磁控管腔体组合的一致性。

关键词：连续波磁控管一体化腔体冷却频率值

1引言

大功率连续波磁控管目前市场需求量较大，且呈上升趋势。在生产过程中暴露出部分管子叶片端面平整度较差，阴极伸出高度不受控及磁控管腔体组合初始频率值整体较为离散，人为调整幅度较大的现象。以及该系列管在老炼测试过程中存在高功率工作点时管内冷却水有汽化的现象。

磁控管腔体改为一体化腔体后，有利于提高腔体组合的一致性，提升了葉片端面的平整度，控制了阴极伸出高度，提高了腔体冷测质量，避免了结构原因造成的磁控管汽化现象。

2现状及原因分析

2.1叶片平整度较差

大功率连续波磁控管目前所使用的腔体组合大部分是分体式组装焊接而成，分体式焊接的腔体组合采用腔壳和叶片通过模具固定进行焊接，如图一所示：

这种焊接模式因零件和模具尺寸都存在自身误差，焊接成图一分体式腔体组合焊接模型腔体组合后叶片平整度存在较大差异，经测量，同一个腔体组合上的两个叶片高度差最大存在0.4mm的差值，导致阴极伸出高度不可控。

2.2磁控管腔体冷却

分体焊接式磁控管在高功率点下腔体内的冷却水有汽化的现象，通过分析，产生这种现象的原因如下：分体式焊接的腔体组合的冷却水路是“三角形”，由于水流距离阳极表面距离过远导致冷却效果不理想，而且冷却水路中经常会产生涡流，从而造成磁控管工作过程中汽化现象的产生。

2.3分体式腔体组合初始频率值差异较大

分体式焊接的腔体组合初始频率值差异较大，腔体组合在冷测过程中都需要经过较大幅度的调整，才能将腔体组合流水到下道工序，腔体一致性较差。分析认为，初始频率值出现较大差异，是由于以下两个原因造成的：（1）腔体焊接过程中焊料流淌造成部分机械尺寸（隔模带间距）出现差异;（2）腔体组合本身频率值选取不当

3改进措施及效果

通过分析现有磁控管的结构，参照国外其他大功率产品的设计结构，确定大功率连续波磁控管一体化腔体的结构，重新设计的磁控管一体化腔体如图二所示：

3.1叶片平整度

一体化腔体的加工方式直接采用整个铜棒机械加工成腔体，避免了腔壳与叶片焊接造成的误差，因而叶片平面度、叶片互作用空间同心度的精度都很高，所以阴极伸出高度可控，阴阳比也更可靠。

3.2冷却结构改进

借鉴国外同类型磁控管的冷却水路，其冷却系统满足我们的使用要求，在我公司生产的大功率连续波磁控管腔体的基础上进行了改进，一体化腔体磁控管的阳极冷却系统如图四所示。

通过图四可以看出，一体化腔体磁控管的冷却水路由原来的“三角形”改为“Π”型，冷却水路延长，更靠近阳极表面，冷却效果较原有结构更加理想。

3.3一体化腔体仿真及控制效果

通过HFSS仿真软件对一体化谐振腔体的频率进行重新仿真，通过装管实验，选取合适的隔模带尺寸，确定了一体化腔体的腔体关键参数。

通过实际装管，对一体化腔体进行焊接冷测一体化腔体的初始频率一致性较焊接式腔体组合有较大提升。

4结论

综上所述，大功率连续波磁控管改为一体化腔体后，提高了腔体组合的一致性，提升了叶片端面的平整度，控制了阴极伸出高度，提高了腔体冷测质量，提高了磁控管的冷却效果，避免了磁控管工作时的汽化现象。通过一体化腔体的使用，改进后的磁控管客户未反映不良情况。

通过此次的一体化腔体的研究，我们认为一体化腔体使用效果良好，可以推广至其他大功率连续波磁控管。

参考文献：

[1]电子管设计手册委员会.磁控管设计手册[M]国防工业出版社，1979

[2]黄宏嘉.微波原理.2[M].科学出版社，1990

[3]G.高包，孟侃.电磁波导和谐振腔[M].上海科学技术出版社，1966

[4]江剑平等合，江剑平.阴极电子学与气体放电原理[M]国防工业出版社，1980