磁控管是一种真空电子交叉场器件,垂直电场和磁场决定电子动力学。磁控管的发明开启了真空电子器件发展的新篇章,它的紧凑性、效率和可靠性适用于广泛的军事和民用应用:雷达、工业加热、等离子体源和医疗加速器。磁控管最普遍的用法是作为微波炉中的微波源,工作频率为2.458 GHz。目前微波炉用磁控管的生产量也在不断扩大,朝着小型化、矩形化的方向发展。本文设计思路是将磁控管管芯进行异形化,并对异形化微波炉用磁控管进行研究。微波炉用磁控管作为微波炉中最重要的器件之一,正在朝小型化、扁平化的方向发展,具有广阔的市场前景和巨大的经济效益。针对磁控管扁平化的需求,本文设计了一种十六腔的异形化微波炉用磁控管,阳极筒沿x轴方向长度为48.5 mm、沿y轴方向宽度为40 mm,阴极沿x轴方向长度12.5 mm、沿y轴方向宽度为4mm,利用CST仿真软件对异形化磁控管进行建模和仿真分析,该磁控管在工作电压为4300 V,工作磁场为0.17 T的条件下,阳极电流为1.31 A,在2.466 GHz输出了4141 W的峰值输出功率,效率约为73.5%。本文的主要内容包括:1.介绍了磁控管的发展历史和微波炉磁控管的研究现状,以及磁控管的基本理论。2.设计十六腔的异形化微波炉用磁控管的谐振系统,借助CST计算机仿真软件对谐振系统进行冷腔建模,并仿真分析影响谐振频率的尺寸参数,使得π模的谐振频率维持在2.45 GHz附近。设计十六腔的异形化微波炉用磁控管的整管结构,再利用CST软件对异形化磁控管进行冷腔建模,讨论相关参数对异形化谐振系统谐振频率的影响。3.分析了粒子模拟的工作原理。在CST粒子模拟项目下对整管进行了热腔建模,以及对磁控管进行热腔仿真。分析相关参数对异形化磁控管各性能指标的影响,进一步对磁控管尺寸进行优化及仿真,得到一个相对较好的工作状态。4.结果显示对磁控管管芯进行异形化设计后,可以增大阴极发射表面积,在阴极发射能力与圆柱形微波炉磁控管保持一样的情况下,提高了阳极电流和输出功率,输出效率与现有圆柱形微波炉用磁控管的基本一致。