带有电压转换件的用于产生微波能量的装置 本发明涉及用于微波炉中的装置，特别是涉及一种带有电压转换件的、结构简单的用于产生微波能量(microwave frequency energy)的装置。
图1所示的微波炉包括一个箱体1、一个包括高压变压器(未示)和高压电容器(未示)的电源2、一个用于产生微波能量的磁控管10和一个用于盛放食物的烹调室3。如图2所示，磁控管10为一个柱形双极真空管，并且一般包括一个位于中心的阴极11、一对分别位于阴极11上方和下方的磁铁12a、12b、一个围绕阴极11设置的阳极13和一个与阳极13相联接的天线14。
当电源2将一个例如4KV的工作电压施加到输入端15上，阴极11被加热然后发射电子。所发射出的电子由阳极13接收。
磁铁12a、12b所产生的磁通依次在导引件16a、16b的导引下，通过一个限定在阴极11和阳极13之间的腔17。从阴极11所发射出的电子的运动方向首先在腔17中被磁场所偏转，并且在它们到达阳极13并且被接收之前，在阴极11和阳极13之间回转。
在阴极11和阳极13之间的电子回转，在阳极13内部导致了一个谐振回路，该谐振回路产生微波，天线14将微波放射出去。被发射出的微波由波导5导入烹调腔3中，然后由一个搅拌件6在烹调腔3中分散开。被分散开的微波照射到位于烹调腔3中的食物上，从而对食物进行烹制。
在这种微波炉中，由于电子的运动由电场力和磁场力的合力控制，因此需要多个磁铁，这导致了磁场结构地复杂化。此外，在现有微波炉中的微波能量产生装置是双极型的，因此，它不可能对微波能量的输出进行控制。
因此，本发明的目的在于提出一种带有电压转换件的、结构简单的用于产生微波能量的装置。
本发明提出这样一种微波产生装置，包括：一个加热元件；一个阴极，位于所述加热元件之上，用于发射电子；一个第一栅极，位于所述阴极之上，用于控制和集中由所述阴极所发射出的电子，所述第一栅极具有多个隙缝，用于将来自所述阴极的电子转变成电子束；一个扼流机构，位于所述阴极和所述第一栅极之间，作为隔直流电容器；其中，所述阴极、所述第一栅极和所述扼流机构限定出一个起谐振回路作用的输入腔；一个电阻器，其一端与所述第一栅极相接，另一端与所述阴极相接，用于在所述第一栅极上感应出一个偏置电势；一个第二栅极，装在所述第一栅极之上，并且具有多个隙缝，穿过所述第一栅极的隙缝的电子束，从所述隙缝中通过；一个阳极，用于接收通过所述第二栅极的隙缝的电子，其中，所述第二栅极和所述阳极之间限定出一个用于产生微波能量的输出腔，所述输出腔与所述输入腔互相电绝缘；一个电压转换件，用于对AC输入电压进行整流从而向所述阳极和所述阴极提供一个DC驱动电压，所述电压转换件包括一个由二极管和电容构成的、作为二极管整流泵的电路；一个天线，设置在所述阳极中，用于将所述输出腔中的微波导出。
以下结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
图1是现有微波炉的示意图。
图2是图1中微波炉的磁控管的剖视图。
图3是根据本发明的微波炉的示意图。
图4是一剖视图，示出根据本发明的微波能量产生装置的结构。
图5是用于本发明的微波产生装置的阴极的立体图。
图6是用于本发明的微波产生装置的栅极的立体图。
图7是用于本发明的微波产生装置的扼流机构的剖视图。
图8是等效于图4所示的微波产生装置的电路图。
图9是用于本发明的微波产生装置的第一栅极上的电压特性图。
图10为一个全波二倍压器的电路图，其用于对输入的AC电压进行整流，从而向阳极和阴极提供一个DC驱动电压。
图11为一个全波四倍压器的电路图，其用于对输入的AC电压进行整流，从而向阳极和阴极提供一个DC驱动电压。
参看图3，根据本发明的微波炉包括一个箱体21、一个用于产生微波能量的装置100、装在装置100上的电源105和一个用于盛放食物的烹调室22。
参看图4，本发明的微波产生装置100包括一个作为加热元件的加热器110、一个阴极120、一个第一栅极130、一个第二栅极140、一个阳极150和一个用于对AC输入电压进行整流从而向阴极120提供一个DC驱动电压的电压转换件200。此外，在装置100中保持真空。
加热器110由加热丝构成，阴极120位于加热器110之上。阴极120为环形(图5)，并且当加热器110加热后，发射出热电子。第一栅极130位于阴极120之上，用于控制和集中由阴极120所发射出的电子。第一栅极130为盘形，并且形成有多个隙缝135(图6)。在阴极120和第一栅极130之间，设有一个扼流机构160。第一栅极130、扼流机构160和阴极120限定了一个起谐振回路作用的输入腔170。
第二栅极140装在第一栅极130之上，并且具有多个隙缝145，来自于第一栅极130的隙缝135的电子束可以从隙缝145中通过。阳极150为柱形，并且装在第二栅极140之上。第二栅极104和阳极150之间限定出了一个用于产生微波能量的输出腔180。输出腔180与输入腔170互相电绝缘。具体的说，第二栅极140与第一栅极130相隔一个距离，这一距离确保通过第一栅极130的隙缝135的电子束在发散之前，能够在输出腔180中有效地产生微波能量。密度在输入腔170中得到调制的电子的动能，在输出腔180中被转变成微波能量，微波能量然后由设置在阳极150中用于传送微波的天线155发射至烹调室22中。
在输入腔170和输出腔180之间，设有一个反馈机构190，用于将输出腔180中的一部分能量送回输入腔170，从而感应出一个谐振回路。反馈机构190为杆形。
参看图7，扼流机构160包括一个金属板162和充填在输入腔170中的绝缘材料166，金属板162在第一栅极130和阴极120之间由一个栅极支持件164所支持住，并且与阴极120电绝缘。扼流机构160用作隔直流电容器，用于使一个能在输入腔170中产生微波能量的表面电流通过，而且同时阻塞一个直流电流。
如图8所示，为一个图4中的微波能量产生装置的等效电路图。
加热器110与电源105相接，阳极150和阴极120分别与一个用于提供300V-500V之间的电压的电压转换件200的正极和负极相接。
由于第二栅极140和阳极150为一体的，因此第二栅极140和阳极150具有相同的电势。但是，尽管第一栅极130和阴极120为一体的，第一栅极130和阴极120由于扼流机构160的原因而具有不同的电势。
另外，这里还有一个作为电阻器的微调电阻器210，其一端与第一栅极130相接，另一端与阴极120相接。微调电阻器210用于在第一栅极130上感应出一个例如-60V的偏置电压。当微波能量产生装置100刚开始启动时，第一栅极130上的偏置电压为零。
在图9中，第一条曲线220所示为阳极150上的电流变化，第二条曲线230所示为施加到第一栅极130上的偏置电压的变化，而第三条曲线240所示为在输入腔170中的微波谐振波形。
电压转换件200为一个全波二倍压器201或者一个全波四倍压器202，它们均包括一个由二极管和电容组成的、用于构成一个二极管整流泵的电路。
参看图10所示，全波二倍压器201包括两个串联的二极管D1、D2和两个与二极管D1、D2并联电容C1、C2。一个AC电压输入端A联接在两个二极管D1、D2之间的节点上，另外一个AC电压输入端B联接在两个电容C1、C2之间的节点上，二倍压器从电容器C1、C2的两端输出，电容C1与二极管D1之间的节点联接至阳极，而电容C2与二极管D2之间的节点联接至阴极。在220V AC电压的正半周，从输入端A来的电流通过二极管D1，给电容C1充电，然后到达输入端B。类似地，在负半周，从输入端B来的电流通过二极管D2，给电容C2充电，然后到达输入端A。DC输出电压为电容C1、C2充电电压之和，选择电容C1、C2的值，可以获得一个500-700V的DC电压输出值，并且能减少输出电压的波动。
参看图11所示，全波四倍压器202包括四个串联的二极管D3-D6和两对与四个二极管D3-D6分别并联的电容C3、C4和C5、C6。二极管D3、D4之间的节点与电容C3、C4之间的节点相联接，电容C3、C4的其它节点分别与AC电压输入端B和二极管D5、D6之间的节点相联接。另外的AC电压输入端A联接在电容C5和二极管D3之间的节点上。二极管D4、D5之间的节点与电容C5、C6之间的节点相联接。当一个110-120V的交流电压值施加到该四倍压器202上时，选择电容C1-C4的值，可以获得一个500-700V的DC电压输出值，并且能减少输出电压的波动。
参看图8、9，本发明装置100的工作原理详细描述如下：
在加热器110被加热到600-1200摄氏度后，阴极120发射电子。由于第一栅极130刚开始时的偏置电压为零，因此从阴极120发射出的电子的一部分通过第一和第二栅极130、140的隙缝135、145到达阳极150。而其余的电子则被第一栅极130所吸收。由第一栅极130所吸收的电子感应出一个偏置电压，并且一个表面电流在输入腔170的表面上流动，该表面电流的流动方向由扼流机构160所改变，从而在输入腔170中感应出一个弱的振荡，当在第一栅极130上积聚了足够的电流后，作为表面电流流动的结果，将使上述振荡的幅度增加，如后所述。
第一栅极130对从阴极120发射出的电子的吸收，导致第一栅极130产生一个负电势。在刚开始时，该负电势急剧增加，这是因为，第一电极130在开始时的偏置电压为零，从而相当多的电子能够被吸收，而且被吸收到第一电极130上的电子的数量随着时间的增加而减少。第一栅极130上的负电势将逐渐增加，一直到一个预定的值，而这个值取决于相应于微调电阻210而被吸收到第一栅极130上的电子的数量。
响应电势的变化，振荡的幅度随时间增加，直到第一栅极130上的电势达到一个预定的值，这时，振荡的幅度将维持恒定。第一栅极130上的预定电势值和振荡的谐振频率，均取决于输入腔170的谐振结构。
同时，响应于第一栅极130的电势变化，从阴极120所发射出的电子的密度在输入腔170中被连续地调制为成组的，直到第一栅极130达到一个预定的偏压电势值。
但是，随着第一栅极130和第二栅极140之间的电势差的增加，在它们之间的电场强度逐渐增大。输入腔170中的电子组，如图8中虚线所示，在输入腔170和输出腔180之间的电场作用下，穿过第一栅极130的隙缝135，并且转变成电子束，这些电子束在第一栅极130和第二栅极140之间被加速。被加速的电子束通过第二栅极140的隙缝145而朝向阳极150运动。这时，电子的动能被转化成微波能量，并且微波能量被释放出。微波能量由天线155输出，通过波导23被导入烹调室22中。然后一个搅拌件24使微波能量分散开，并且使微波能量照射到烹调室的食物上，从而得以对食物进行烹制。
在上述的装置中，由于第一栅极和第二栅极彼此相配合，集中和控制电子束，从而磁铁就不再需要了，而且由于第一栅极、阴极、扼流机构、第二栅极和阳极分别限定出一个输入腔和一个输出腔，因此微波炉具有十分简单的结构。此外，由于第一栅极和第二栅极相距一个距离，因此使在栅极之间对谐波或者噪音影响的削弱成为可能，并且由于微调电阻可以控制第一栅极上的偏置电势，因此微波能量输出强度的调节成为可能。
尽管上面已经对优选实施例进行了描绘和描述，但是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明权利要求的范围内还可以做出种种变化和修改。