微波爐用磁控管離軸磁場(chǎng)的自動(dòng)測試與仿真優(yōu)化

　　采用LabVIEW 虛擬平臺，實(shí)現計算機對CH-1500高斯計及位移臺控制箱的控制，研制了一套磁場(chǎng)自動(dòng)測試系統，該系統可以進(jìn)行微波爐用磁控管離軸區域(互作用空間)磁場(chǎng)分布的自動(dòng)測量。利用CST對磁控管磁路系統進(jìn)行仿真計算，將所得結果與實(shí)測數據進(jìn)行比較，仿真與實(shí)際測量結果吻合得很好。在此基礎上優(yōu)化磁極的形狀參數，并詳細分析了磁極的傾角和磁極間距等參數對互作用空間磁場(chǎng)分布的影響。

　　磁控管作為一種小型高效低成本的微波功率源在雷達、通訊、加速激勵源、醫療設備、家用微波爐及工業(yè)加熱等方面有著(zhù)廣泛的應用，尤其隨著(zhù)家用微波爐的大批量生產(chǎn)，每年大量的磁控管也被生產(chǎn)出來(lái)，所以需求促進(jìn)了產(chǎn)品的革新、技術(shù)的發(fā)展，競爭促進(jìn)了成本及價(jià)格的降低。因此磁控管的研發(fā)過(guò)程中，既要保證產(chǎn)品的低成本，又要實(shí)現管子的高可靠性、長(cháng)壽命及低噪聲等良好性能，而磁路系統在這其中起著(zhù)不容忽視的作用。

　　磁控管中磁路系統是一個(gè)極其重要的組成部分，在磁控管中它直接影響管內電子的互作用和能量轉換，從而直接影響輸出功率、效率和頻譜噪聲。磁控管中電子與高頻場(chǎng)的互作用空間并非在磁控管的軸心處，而是在偏離軸心的區域。以往的研究大多只是基于軟件仿真進(jìn)行計算分析，即使研究中有實(shí)際測量磁控管的磁場(chǎng)分布，其測量手法也是比較粗糙的，精確度不夠高，且主要測得的是磁控管軸線(xiàn)上的磁場(chǎng)分布，沒(méi)有詳細測量偏離軸心即互作用空間的磁場(chǎng)分布。

　　本研究采用LabVIEW 作為程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用圖形化編輯語(yǔ)言G編寫(xiě)程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式，能更簡(jiǎn)單方便地實(shí)現儀器控制和數據采集，較之手動(dòng)測試精度更高，數據更可靠。測試所使用的高斯計探頭的直徑為1.2mm，因此可以測量更多空間位置的數據，能更好地分析互作用區域的磁場(chǎng)變化。將實(shí)測結果與CST仿真結果比較，驗證了仿真的正確性。在此基礎上分別改變磁極的傾角和兩磁極間的距離，計算并分析這些參數對互作用空間磁場(chǎng)分布的影響。

1、磁控管磁場(chǎng)的自動(dòng)測試

　　1.1、磁控管的磁路系統

　　磁控管的磁路系統提供互作用空間中電子運動(dòng)所需的磁場(chǎng)，對磁控管的性能起著(zhù)決定性作用�，F有微波爐用磁控管均使用非常相似的磁回路結構，其主要由鐵氧體永磁鐵、磁極(或稱(chēng)極靴)、磁極相對形成的工作間隙以及外圍的支架和底板形成閉合的磁路系統組成。陽(yáng)極筒、葉片等部件主要為不導磁的無(wú)氧銅材料，對互作用空間的磁場(chǎng)分布影響很小，可以忽略。測試時(shí)將阻擋測量通道的陰極結構除去后如圖1所示，以方便測量，其中陰影部分為磁體和導磁結構。圖2為參照圖1建立的簡(jiǎn)化后的磁控管磁路模型。

圖1　磁控管磁路系統測試結構

圖2　簡(jiǎn)化后磁控管磁路模型

總結

　　本文開(kāi)發(fā)了一套精度較高的磁場(chǎng)自動(dòng)化測試系統，詳細測試了微波爐用磁控管離軸磁場(chǎng)的分布。根據實(shí)測數據，分析了磁控管中磁場(chǎng)分布的規律及特點(diǎn);提出了V型槽與磁場(chǎng)凹陷程度具有一定關(guān)聯(lián)的假設;驗證了仿真計算結果的正確性。在此基礎上改變了磁控管磁極的形態(tài)參數并進(jìn)行仿真計算，分析了傾角和磁極間距對磁控管互作用區域磁場(chǎng)布的影響，得出了互作用空間磁場(chǎng)大小、凹陷程度以及恒定區域寬度這三者之間的關(guān)系，這對研究磁控管高效率和低噪聲等問(wèn)題有一定的參考意義。