介紹了高功率脈沖微波系統(tǒng)的工作機(jī)理及應(yīng)用，提出了采用剛管高壓脈沖調(diào)制器作為激勵(lì)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(shè)計(jì)思路。詳細(xì)闡述了高壓脈沖調(diào)制器、微波頭、諧振腔體三個(gè)部分的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成了整機(jī)的研制，為探索脈沖微波的非熱效應(yīng)機(jī)理研究及應(yīng)用提供了有利依據(jù)。

　　自上世紀(jì)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(jié)能的熱效應(yīng)以及某些神奇的非熱效應(yīng)，已經(jīng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療以及家庭等領(lǐng)域獲得了十分廣泛成功的應(yīng)用。進(jìn)入90年代，微波能技術(shù)又開始高速步入生物、化工、新材料、微電子等高新科技領(lǐng)域，并日益顯示出其應(yīng)用潛力和獨(dú)特的優(yōu)越性。

　　微波源主要分為連續(xù)波微波源和脈沖微波源兩種。連續(xù)波微波源具有電源簡(jiǎn)單、易于控制、適應(yīng)負(fù)載能力強(qiáng)、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(yīng)用。而在一些不宜使用高熱效應(yīng)，并且需要利用高功率脈沖微波輻射的應(yīng)用領(lǐng)域，脈沖微波源則能很好地滿足這種需求。高功率脈沖微波技術(shù)多應(yīng)用于雷達(dá)技術(shù)、醫(yī)用加速器和工業(yè)加速器等方面，由于整套系統(tǒng)技術(shù)難度大，制造成本較高，限制了該項(xiàng)技術(shù)在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用。隨著近十幾年微波技術(shù)水平的發(fā)展提高，在其它領(lǐng)域也逐漸開展了脈沖微波技術(shù)的應(yīng)用研究，并取得了一些成果。為此，真空技術(shù)網(wǎng)(http://shengya888.com/)認(rèn)為需要研制一套高功率脈沖微波系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行相關(guān)特性實(shí)驗(yàn)，為探索脈沖微波的非熱效應(yīng)的機(jī)理研究及應(yīng)用提供一個(gè)平臺(tái)。

1、脈沖微波源的工作機(jī)理及應(yīng)用

　　采用高壓脈沖調(diào)制器技術(shù)，將微秒級(jí)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(dá)到數(shù)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(tǒng)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(nèi)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(xiàn)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(jù)上述機(jī)理研制了一套脈沖微波系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要利用脈沖微波的非熱效應(yīng)，面向銀行人民幣紙幣的滅菌消毒、醫(yī)療廢棄物的處理、特種物料改性等方面應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)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(duì)于傳統(tǒng)的連續(xù)波微波源，在某些應(yīng)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(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及技術(shù)指標(biāo)

　　2.1、設(shè)計(jì)思想

　　考慮到利用高功率脈沖微波系統(tǒng)機(jī)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)的要求，并綜合設(shè)備性價(jià)比和設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性的要求，選取了778廠的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(tǒng)。采取剛管高壓脈沖調(diào)制器作為激勵(lì)源，可連續(xù)調(diào)節(jié)脈沖寬度，以輸出多種模式的脈沖微波，獲取不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。諧振腔體采用方形不銹鋼結(jié)構(gòu)，配有前開門方便物料放置。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1　高功率脈沖微波系統(tǒng)組成框圖

　　2.2、主要技術(shù)指標(biāo)

　　脈沖微波技術(shù)指標(biāo)：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(diào)制器技術(shù)指標(biāo)：脈沖電壓Ulmax=29kV;工作比Dmax=0.12%;調(diào)制脈沖寬度τ=1～5μs;調(diào)制工作頻率fr=100～600Hz;平均電流Imax=45mA。

4、應(yīng)用及前景展望

　　高功率脈沖微波系統(tǒng)調(diào)試完成后，經(jīng)檢測(cè)能夠輸出400kW 以上的脈沖微波功率，并能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定工作，交由客戶做相應(yīng)實(shí)驗(yàn)。客戶進(jìn)行了多次仿紙幣殺菌消毒試驗(yàn)、多種磁卡滅菌消毒實(shí)驗(yàn)，取得了初步實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，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(yīng)的滅菌機(jī)理仍然不太明確，還需要多種專業(yè)的技術(shù)人員做大量的實(shí)驗(yàn)分析及研究工作。

　　總之，這臺(tái)高功率脈沖微波系統(tǒng)提供了一個(gè)完善的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)于推動(dòng)脈沖微波的應(yīng)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(qiáng)腔體結(jié)構(gòu)的微波系統(tǒng)，為推動(dòng)微波能的更大發(fā)展而努力。