高功率脈沖微波系統的研制
介紹了高功率脈沖微波系統的工作機理及應用，提出了采用剛管高壓脈沖調制器作為激勵源技術(shù)，利用脈沖磁控管輸出高功率脈沖微波以及諧振腔體處理物料的設計思路。詳細闡述了高壓脈沖調制器、微波頭、諧振腔體三個(gè)部分的設計方案，通過(guò)合理的結構設計完成了整機的研制，為探索脈沖微波的非熱效應機理研究及應用提供了有利依據。
自上世紀六七十年代以來(lái)，微波作為非通訊領(lǐng)域中的一種嶄新能源，以其高效節能的熱效應以及某些神奇的非熱效應，已經(jīng)在工業(yè)、農業(yè)、醫療以及家庭等領(lǐng)域獲得了十分廣泛成功的應用。進(jìn)入90年代，微波能技術(shù)又開(kāi)始高速步入生物、化工、新材料、微電子等高新科技領(lǐng)域，并日益顯示出其應用潛力和獨特的優(yōu)越性。
微波源主要分為連續波微波源和脈沖微波源兩種。連續波微波源具有電源簡(jiǎn)單、易于控制、適應負載能力強、效率高、易于合成、成本低廉等特點(diǎn)，目前已在多個(gè)領(lǐng)域得到了產(chǎn)業(yè)化應用。而在一些不宜使用高熱效應，并且需要利用高功率脈沖微波輻射的應用領(lǐng)域，脈沖微波源則能很好地滿(mǎn)足這種需求。高功率脈沖微波技術(shù)多應用于雷達技術(shù)、醫用加速器和工業(yè)加速器等方面，由于整套系統技術(shù)難度大，制造成本較高，限制了該項技術(shù)在其它領(lǐng)域中的應用。隨著(zhù)近十幾年微波技術(shù)水平的發(fā)展提高，在其它領(lǐng)域也逐漸開(kāi)展了脈沖微波技術(shù)的應用研究，并取得了一些成果。為此，真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為需要研制一套高功率脈沖微波系統來(lái)進(jìn)行相關(guān)特性實(shí)驗，為探索脈沖微波的非熱效應的機理研究及應用提供一個(gè)平臺。
1、脈沖微波源的工作機理及應用
采用高壓脈沖調制器技術(shù)，將微秒級寬度的高壓脈沖加到脈沖磁控管上，使其產(chǎn)生脈沖功率達到數百千瓦至幾兆瓦(而平均功率只有幾百瓦至幾千瓦)的高功率、周期性的脈沖微波能量，通過(guò)微波傳輸系統以及諧振腔體作用到被處理的物料上，使物料在極短時(shí)間內受到高能量的微波照射，而又不會(huì )使物料溫度得到明顯升高，從而實(shí)現了利用周期性瞬時(shí)高功率脈沖微波能量而平均功率很低的脈沖微波處理技術(shù)。
根據上述機理研制了一套脈沖微波系統，該系統主要利用脈沖微波的非熱效應，面向銀行人民幣紙幣的滅菌消毒、醫療廢棄物的處理、特種物料改性等方面應用，可實(shí)現低升溫滅菌消毒及物料改性，同時(shí)還能保持被處理物的原有成分不變化、無(wú)損傷。相對于傳統的連續波微波源，在某些應用領(lǐng)域中具有很好的實(shí)用性和推廣價(jià)值。
2、脈沖微波系統的設計思想及技術(shù)指標
2.1、設計思想
考慮到利用高功率脈沖微波系統機進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗的要求，并綜合設備性?xún)r(jià)比和設備運行穩定性的要求，選取了778廠(chǎng)的CKM-121A脈沖磁控管作為核心器件，然后圍繞它來(lái)搭建整個(gè)系統。采取剛管高壓脈沖調制器作為激勵源，可連續調節脈沖寬度，以輸出多種模式的脈沖微波，獲取不同的實(shí)驗結果。諧振腔體采用方形不銹鋼結構，配有前開(kāi)門(mén)方便物料放置。系統組成框圖如圖1所示。
圖1 高功率脈沖微波系統組成框圖
2.2、主要技術(shù)指標
脈沖微波技術(shù)指標：微波頻率范圍1220～1350MHz;頻譜寬度小于等于0.6MHz;微波脈沖功率大于400kW;平均輸出功率大于等于530W。脈沖調制器技術(shù)指標：脈沖電壓Ulmax=29kV;工作比Dmax=0.12%;調制脈沖寬度τ=1～5μs;調制工作頻率fr=100～600Hz;平均電流Imax=45mA。
4、應用及前景展望
高功率脈沖微波系統調試完成后，經(jīng)檢測能夠輸出400kW 以上的脈沖微波功率，并能長(cháng)時(shí)間連續穩定工作，交由客戶(hù)做相應實(shí)驗�？蛻�(hù)進(jìn)行了多次仿紙幣殺菌消毒試驗、多種磁卡滅菌消毒實(shí)驗，取得了初步實(shí)驗數據，有一定的滅菌效果。但由于目前微波滅菌的原理以及微波非熱效應的滅菌機理仍然不太明確，還需要多種專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員做大量的實(shí)驗分析及研究工作。
總之，這臺高功率脈沖微波系統提供了一個(gè)完善的實(shí)驗平臺，對于推動(dòng)脈沖微波的應用與研究創(chuàng )造了條件。今后，我們還將研制出更高脈沖功率及更高場(chǎng)強腔體結構的微波系統，為推動(dòng)微波能的更大發(fā)展而努力。
