微波炉用磁控管离轴磁场的自动测试与仿真优化

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)电子科技大学物理电子学院 作者:邹 培

  采用LabVIEW 虚拟平台,实现计算机对CH-1500高斯计及位移台控制箱的控制,研制了一套磁场自动测试系统,该系统可以进行微波炉用磁控管离轴区域(互作用空间)磁场分布的自动测量。利用CST对磁控管磁路系统进行仿真计算,将所得结果与实测数据进行比较,仿真与实际测量结果吻合得很好。在此基础上优化磁极的形状参数,并详细分析了磁极的倾角和磁极间距等参数对互作用空间磁场分布的影响。

  磁控管作为一种小型高效低成本的微波功率源在雷达、通讯、加速激励源、医疗设备、家用微波炉及工业加热等方面有着广泛的应用,尤其随着家用微波炉的大批量生产,每年大量的磁控管也被生产出来,所以需求促进了产品的革新、技术的发展,竞争促进了成本及价格的降低。因此磁控管的研发过程中,既要保证产品的低成本,又要实现管子的高可靠性、长寿命及低噪声等良好性能,而磁路系统在这其中起着不容忽视的作用。

  磁控管中磁路系统是一个极其重要的组成部分,在磁控管中它直接影响管内电子的互作用和能量转换,从而直接影响输出功率、效率和频谱噪声。磁控管中电子与高频场的互作用空间并非在磁控管的轴心处,而是在偏离轴心的区域。以往的研究大多只是基于软件仿真进行计算分析,即使研究中有实际测量磁控管的磁场分布,其测量手法也是比较粗糙的,精确度不够高,且主要测得的是磁控管轴线上的磁场分布,没有详细测量偏离轴心即互作用空间的磁场分布。

  本研究采用LabVIEW 作为程序开发环境,使用图形化编辑语言G编写程序,产生的程序是框图的形式,能更简单方便地实现仪器控制和数据采集,较之手动测试精度更高,数据更可靠。测试所使用的高斯计探头的直径为1.2mm,因此可以测量更多空间位置的数据,能更好地分析互作用区域的磁场变化。将实测结果与CST仿真结果比较,验证了仿真的正确性。在此基础上分别改变磁极的倾角和两磁极间的距离,计算并分析这些参数对互作用空间磁场分布的影响。

1、磁控管磁场的自动测试

  1.1、磁控管的磁路系统

  磁控管的磁路系统提供互作用空间中电子运动所需的磁场,对磁控管的性能起着决定性作用。现有微波炉用磁控管均使用非常相似的磁回路结构,其主要由铁氧体永磁铁、磁极(或称极靴)、磁极相对形成的工作间隙以及外围的支架和底板形成闭合的磁路系统组成。阳极筒、叶片等部件主要为不导磁的无氧铜材料,对互作用空间的磁场分布影响很小,可以忽略。测试时将阻挡测量通道的阴极结构除去后如图1所示,以方便测量,其中阴影部分为磁体和导磁结构。图2为参照图1建立的简化后的磁控管磁路模型。

图1 磁控管磁路系统测试结构

简化后磁控管磁路模型

图2 简化后磁控管磁路模型

总结

  本文开发了一套精度较高的磁场自动化测试系统,详细测试了微波炉用磁控管离轴磁场的分布。根据实测数据,分析了磁控管中磁场分布的规律及特点;提出了V型槽与磁场凹陷程度具有一定关联的假设;验证了仿真计算结果的正确性。在此基础上改变了磁控管磁极的形态参数并进行仿真计算,分析了倾角和磁极间距对磁控管互作用区域磁场布的影响,得出了互作用空间磁场大小、凹陷程度以及恒定区域宽度这三者之间的关系,这对研究磁控管高效率和低噪声等问题有一定的参考意义。

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