磁控管是一种能够发射微波的真空器件，如图1-14所示。磁控管主要由阳极谐振腔、直热式阴极、永久性磁铁及发射天线等组成。它是微波炉中的最重要的核心器件。

1.磁控管的发射原理

磁控管的发射原理主要是依靠谐振腔产生微波及电磁波导行。其基本结构及工作原理示意图如图1-15所示。

（1）波导与谐振腔

在磁控管中，其核心技术主要是波导与谐振腔，它们是由高电导率的无氧铜制成，如图1-14c中散热片中间部分的圆柱体所示。所谓波导，就是电磁波导行，即能够使电磁波沿导波装置进行传播。在生产实践和科学实验中，常用的导波装置有双线传输线、同轴线、金属波导管等，但它们可用于传播不同模式的电磁波。其中金属波导管，可以传输厘米波至毫米波段的电磁波，是微波段的传输线，非常适合应用在磁控管中。

金属波导管在作为导波装置应用在磁控管中时，还作为产生微波的谐振腔。所谓谐振腔，就是能够使电磁波在两端来回反射并产生振荡的装置，即金属空腔谐振器。如果将金属空腔谐振器的一端短路，那么电磁波将被反射回来，若再把它的另一端短路，电磁波将再次反射，因而形成频率较高的导行电磁波。

图1-14 磁控管实物图

在导行电磁波中，随着频率的增高，其振荡回路就越不适合由集总元件来组成。所谓集总元件，主要包括电阻、电容、电感，由它们组成的电路，被称为集总电路。其中电容为存储电场能量的集总元件，电感为存储磁场能量的元件。所谓集总，是把部件的电场和磁场分隔开，使电场只与电容元件相关联，磁场只与电感元件相关联，这样两种能量之间就不存在相互影响，而电场与磁场间的相互作用将产生电磁波，但有一部分能量将通过辐射损失掉。因此，只有在辐射能量可以忽略不计的情况下才能采用集总的概念，即只有电感和电容两种部件的尺寸远小于正常工作频率所对应的波长时，才是采用集总概念的条件。

在集总概念中，电感和电容的尺寸越小，其参数的量值越小，由其组成的回路就越适用于微波振荡。回路中的L和C越小，结构加工就越困难。同时由于元件尺寸小接近高频电磁波波长时，容易产生辐射，并且由于微波段的集肤效应，还会使振荡回路产生很大的损耗。因此，为解决上述诸多难点，在磁控管中的微波振荡回路就采用了金属空腔谐振器。其腔内结构及工作原理示意图如图1-16所示。

图1-15 磁控管基本结构及工作原理示意图

图1-16 金属空腔谐振器切面及工作原理示意图

在图1-16中，空腔壁及对应空腔的长度相当于一个具有一定参数的电感L，而空腔则相当于一个具有一定参数的电容C，故每个空腔壁及空腔都相当于一个LC并联谐振器。而若干个空腔壁及空腔的组合，就相当于由若干个串联在一起的LC并联谐振器组成的集总参数振荡回路。适当地制作空腔壁、空腔及空腔半径的尺寸，就可以适用具有2450MHz的微波振荡。

（2）阴极电子与高频振荡

阴极电子与高频振荡是磁控管能够发射微波的必要条件。阴极电子是由特殊阴极来发射的，如图1-17所示。在实际应用中，磁控管的阴极相对阳极加有4100V的高压，以形成高压电场，而磁场则由组装在微波谐振器外面的环状磁钢产生，其环状磁钢见图1-14c。

图1-17 磁控管灯丝阴极实物图

在磁控管中，当有灯丝电压和阴极电压加入时，阴极将有电子发出，并在高压电场力的作用下，高速飞向阳极，使阳极产生极大的电流。在这一过程中，电子是在做加速飞行，并在磁场力的作用下绕阴极轴线运动。与此同时，在高电压的作用下，阳极谐振腔内也存有高频电场，当做绕动飞行的电子的旋转速度与谐振腔中的高频电场的固有频率同步时，便发生共振，即高频振荡，其振荡能量则以微波形式经天线发出，而能量的损耗，则由电子束的强度补偿，以维持高频振荡。

因此，在微波谐振器中，电储能与磁储能在阴极发射的电子束的作用下时刻在变化和互相转化着，它与低频集总参数谐振回路中的振荡现象相似。在谐振频率上，腔内的电储能和磁储能也达到最大，且等于总储能，而谐振腔内的电磁场成为驻波场。因此，在微波炉的磁控管中，要完成微波振荡，就必须要有高压电场和与电场相互垂直的磁场。

（3）电磁激励与微波发射

1）电磁激励。

在磁控管中，电磁激励的作用是能够使微波源向波导内有限空间辐射或从波导的有限空间接收电磁信息。因此，电磁激励主要用于导波的激励与耦合，而激励是为了在传输系统中建立起所需的传输波，耦合则是将已有的传输波在另一个元器件中建立起所需的传输波的过程。

在生产实践和科学实验中，导波的激励方法有电激励、磁激励和电流激励三种方法。

电激励类似于电偶极子的辐射，它将同轴线内的导体延伸一小段，沿电场方向插入波导内构成探针激励。小探针在其附近空间将激起很多模式的场，当波导满足单模传输条件时，只有横磁波向远处传播，而其他的高次模因不满足传输条件而很快被衰减掉。

磁激励类似于磁偶极子辐射，它要求在场磁分布最强的地方放入激励磁环（即磁偶极子），并使磁环的法线方向与磁力线平行。

电流激励类似于电流源的辐射，它主要用于波导之间的激励。(www.daowen.com)

在微波炉的磁控管中，导波激励主要是电激励和磁激励。

2）微波发射。

微波发射主要是指导波装置能够将微波传播出去。在微波炉的磁控管中，能够传播微波的导波装置是圆形波导，由其传出的微波经天线发射出去。其发射功率是由阴极和阳极之间的电压来决定的，这个电压差越高，发射微波的功率就越大；反之，这个电压差越小，发射微波的功率就越小。

因此，磁控管的微波发射能力，是由磁场强度、阴极射向阳极的电子强度，以及磁控管的温度和发射天线的尺寸等共同决定的。

2.磁控管的安全使用

（1）磁控管的额定功率与过热保护

1）磁控管的额定功率

磁控管的额定功率主要是指磁控管的微波输出功率。在家用微波炉中磁控管的额定输出功率一般为700～900W，不同功率的微波炉，所用磁控管的额定功率也不同，故微波炉的功率也就是磁控管的功率。如格兰仕WP700型机械式微波炉中采用的OM75S（31）型磁控管的额定输出功率就为700W。其实物如图1-18所示，有关技术参数见表1-2。

图1-18 OM75S（31）磁控管实物图

2）过热保护

过热保护是对磁控管自身温度过高的一种保护，它主要由安装在磁控管上面的过热保护器进行控制。

表1-2 OM75S（31）磁控管技术参数

在磁控管中，由阴极射向阳极的电子强度，总与灯丝电压和阴极相对阳极的高压电场有关，灯丝电压越高，阴极被加热的程度越高，发射电子的数量就越多。若阴极相对阳极的电压升高，阴极相对阳极的高压电场就越强，电场力就越大，飞向阳极电子的速度就越快，从而使电子束的强度增大，进而又使阳极电流增大，功耗增加，磁控管外表面的温度升高。当磁控管外表面升高温度超过120℃时，安装在磁控管外表面上的过热保护器（即温控开关）的内置开关将自动断开，切断磁控管的供电电源，因而形成过热保护。

因此，在磁控管处于过热保护状态时，一定注意检查加到磁控管阴极的灯丝电压和阳极高压（有关安全检查方法将在后面的章节中介绍）。同时，也要注意检查过热保护器是否正常，必要时可将过热保护器换新。但要注意在更换过热保护器时，一定要保持与原型号的温度标称一致，不可使用大于原标称温度的过热保护器，更不能用导线直接接通，以避免由于磁控管的发射功率过大，而造成微波泄漏，对人体构成伤害。

（2）微波发射天线及保护措施

在微波炉的磁控管中，微波发射天线的质量好坏，直接影响微波发射的能量和方向。因此，在微波炉使用中，必须要保持磁控管的微波发射天线始终完好，如图1-19所示。

图1-19 磁控管发射天线实物图

在磁控管中，发射天线的基本功能应具有良好的匹配性和极化性。匹配性主要是能够使导行电磁波和辐射电磁波尽可能多地互相转换；极化性主要是能够发射规定极化的电磁波。在微波炉中，为使微波发射天线不受侵害，总将发射天线安置在微波炉内壳的波导腔中，并使天线帽指向微波炉内腔，如图1-20所示。但在实际应用中，为保护微波发射天线不受微波炉内腔蒸汽的侵蚀，还常选用一片云母片作为波导挡板，安装在微波炉内壳的波导腔输出口，如图1-21所示。

图1-20 天线帽安装位置实物图

图1-21 云母波导挡板实物图

总之，在磁控管使用过程中，发射天线根部的铜质垫圈和安装在微波炉腔内波导输出口的云母挡板，是安全使用磁控管的重要措施，维修时一定要特别注意两者是否完好。