磁控管热分析

    1 前言
    随着雷达、航天航空、电子对抗、微波加热等技术的发展，磁控管的应用越来越广泛。从输出功率、效率和可靠性的观点考虑，在今后的相当长的一段时期内，磁控管仍将在大功率和高频率应用中继续充当主要角色[1]。磁控管工作时，磁控管振荡频率受环境温度、冷却条件的改变及调谐机构及调制器的过热状态等的影响而发生的变化。定量分析磁控管的传热特性，预测高温对工作频率的影响，对调整结构，优化设计，提高磁控管的稳定性和可靠性有很大帮助。
    目前的主要分析手段为计算机模拟。通过计算机模拟，不断改进理论预测，使得磁控管的理论更加完善，并用模拟结果直接指导设计过程，使之在磁控管设计阶段就能进行精确计算及性能预测，提供实现更优化或最优化设计方案的手段[2]。
    本文利用ANSYS软件分析计算了磁控管的温度分布，定性地比较了常温和高温下其谐振腔振荡频率的变化，为了解磁控管的腔体变形情况提供了有效的参考依据，从而获得更合理的腔体的形状和尺寸。计算机模拟为磁控管设计提供了快捷、高效、可靠的方法。

    2 磁控管谐振腔在“冷状态”时的工作频率计算
    2.1 经验公式计算
   

    2.2 模拟计算
    本文利用ANSYS的高频电磁分析对某微波炉公司所使用的磁控管的结构尺寸进行建模计算，这是工作在2450MHz、具有10个叶片的扇形谐振腔、采用双端双环矩形截面隔模带的磁控管。其阳极片、隔模带和阴极的模型如图1 所示。
    用ANSYS计算谐振腔频率时只需要对真空部分建模，因此需要再建立一个与磁控管外壳大小相同实体圆柱，利用布尔操作挖去阳极片、隔模带、阴极等，再进行模式求解。计算出谐振频率为2.4463GHz。实验值为2.4580GHz，相对误差为0.5%。在该工作频率下的电场分布如图2所示。