微波爐由于能夠方便又快速地加熱食物，廣受群眾喜愛。而微波爐之所以叫“微波”，是因?yàn)樗訜崾澄锏姆绞绞强枯椛湮⒉▉?lái)實(shí)現(xiàn)的，其中輻射微波的核心元件就是磁控管。
磁控管最初是應(yīng)用在二戰(zhàn)期間，用于增強(qiáng)雷達(dá)技術(shù)。它能夠以更短的波長(zhǎng)產(chǎn)高功率脈沖，這使得檢測(cè)更小的物體成為可能。磁控管的緊湊尺寸使雷達(dá)尺寸更小。
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現(xiàn)在，磁控管也用于微波爐中，負(fù)責(zé)產(chǎn)生高功率微波。那么，這個(gè)磁控管又是如何產(chǎn)生微波的呢？
磁控管的工作原理是LC振蕩。當(dāng)充電電容器與電感器接一起時(shí)，會(huì)發(fā)生LC振蕩，這種簡(jiǎn)單的裝置會(huì)產(chǎn)生電子的來(lái)回運(yùn)動(dòng)。若將帶有電感器的天線放置在LC電路的電感器附近時(shí)，天線會(huì)輻射電磁波。這就是磁控管背后的理論。
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顯然，這種理論裝置的能量振蕩和相關(guān)輻射會(huì)很快消失，因?yàn)樗鼤?huì)以輻射的形式損失能量。所以，接下來(lái)的問題是，這種理論裝置如何轉(zhuǎn)化為實(shí)用裝置？
首先，有一個(gè)陰極和一個(gè)燈絲，流過(guò)燈絲的電流會(huì)加熱燈絲，使陰極發(fā)射電子，這種現(xiàn)象被稱為熱離子發(fā)射。有趣的是，在這種情況下，電子又回到了陰極。
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如果我們放置一個(gè)具有正電位的陽(yáng)極，發(fā)射的電子會(huì)加速并向陽(yáng)極移動(dòng)。作為輻射態(tài)理論，電荷在加速時(shí)會(huì)產(chǎn)生輻射。然而，在這種簡(jiǎn)單裝置中，電子輻射效率低下，因?yàn)殛帢O與陽(yáng)極之間距離太短，電子在相互作用空間中加速所花費(fèi)的時(shí)間很少。
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為了增加電子在該空間花費(fèi)的時(shí)間，將永磁體引入該結(jié)構(gòu)中。運(yùn)動(dòng)電子在磁場(chǎng)中會(huì)受到洛倫茲力，所以電子在磁場(chǎng)中的路徑是彎曲的。由于電子的路徑現(xiàn)在是彎曲的，因此電子在相互作用空間中花費(fèi)的時(shí)間增加了，運(yùn)動(dòng)時(shí)間的增加，提高了輻射效率。
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然后，文章前面說(shuō)過(guò)磁控管的工作原理是LC振蕩，接下來(lái)讓我們看看如何在磁控管中實(shí)現(xiàn)振蕩。其實(shí)很簡(jiǎn)單，在陽(yáng)極上設(shè)計(jì)有空腔，這些空腔在磁控管的物理特性上造成巨大差異，就可以實(shí)現(xiàn)LC振蕩。
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舉個(gè)例子，一個(gè)帶有空腔的金屬棒，負(fù)電荷在其附近通過(guò)，由于同性相斥，就會(huì)排斥周圍的電子。當(dāng)負(fù)電荷通過(guò)空腔附近時(shí)，腔表面周圍的電子也被干擾，靠近負(fù)電荷側(cè)的電子被排斥到腔的另一側(cè)，本側(cè)留下正離子，最終在腔表面形成正、負(fù)電荷的聚集，如同電容極板。若在腔的兩側(cè)連接一個(gè)電感，電荷將就會(huì)像前文所說(shuō)的那樣發(fā)生LC振蕩。
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同理，磁控管有多個(gè)空腔，熱離子發(fā)射的運(yùn)動(dòng)電子在腔表面上感應(yīng)出正、負(fù)電荷。空腔以圓形方式布置，這意味著帶電腔表面對(duì)不能保持孤立狀態(tài)。為了使金屬中電場(chǎng)保持為零，所有空腔對(duì)都以相反的極性充電，而腔體的曲面相當(dāng)于電感，所以積累的電荷將同時(shí)發(fā)生LC振蕩。在金屬環(huán)和天線的幫助下，這種振蕩被提取并轉(zhuǎn)換為電磁波。
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這些振蕩將在磁控管中持續(xù)存在，因?yàn)殡娮硬粩嗟貜年帢O流向陽(yáng)極，并傳遞它們的能量。而在前面的電子使LC振蕩形成后，相互作用空間中剩余的電子將被吸引到正電荷區(qū)域，形成輻條輪圖案。
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由于空腔上的電荷在振蕩，所以輻條輪必須旋轉(zhuǎn)。輻條輪電子與空腔對(duì)電荷的關(guān)系類似于驢、或蘿卜和大棒的關(guān)系，在這里，無(wú)論驢走多少步都不會(huì)吃到胡蘿卜，胡蘿卜總是在它夠不著的地方。而輻條輪電子一直在追趕空腔對(duì)表面的正電荷，所以不斷旋轉(zhuǎn)。
另外，天線只需連接到其中一個(gè)空腔，因?yàn)樵谝粋(gè)空腔中產(chǎn)生的磁力線也與其他空腔相連，這種現(xiàn)象稱為相互耦合。這意味著從一個(gè)空腔提取的磁能，與從所有空腔組合提取的磁能相同。
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