Hvordan magnetronen virker og virker

Magnetron - en speciel elektronisk enhed, hvor genereringen af ​​ultra-højfrekvente svingninger (mikrobølgeoscillationer) udføres ved at modulere elektronstrømmen med hensyn til hastighed. Magnetroner har i høj grad udvidet anvendelsesområdet for opvarmning med høj- og ultrahøjfrekvente strømme.

Amplitroner (platinotroner), klystroner og vandrende bølgelamper baseret på samme princip er mindre almindelige.

Magnetronen er den mest avancerede generator af højeffekts mikrobølgefrekvenser. Det er en godt evakueret lampe med en elektronstråle styret af et elektrisk og magnetisk felt. De gør det muligt at opnå meget korte bølger (op til brøkdele af en centimeter) ved betydelige kræfter.

Magnetroner bruger elektronernes bevægelse i indbyrdes vinkelrette elektriske og magnetiske felter skabt i det ringformede mellemrum mellem katoden og anoden. En anodisk spænding påføres mellem elektroderne, hvilket skaber et radialt elektrisk felt, under påvirkning af hvilket elektronerne fjernet fra den opvarmede katode skynder sig til anoden.

Anodeblokken er placeret mellem polerne på en elektromagnet, som skaber et magnetisk felt i det ringformede mellemrum rettet langs magnetronens akse. Under påvirkning af et magnetfelt afviger elektronen fra den radiale retning og bevæger sig langs en kompleks spiralbane. I mellemrummet mellem katoden og anoden dannes en roterende elektronsky med tunger, der minder om navet på et hjul med eger. Elektronerne flyver forbi spalterne i anodehulrumsresonatorerne og exciterer højfrekvente svingninger i dem.

Ris. 1. Magnetronanodeblok

Hver af hulrumsresonatorerne er et oscillerende system med distribuerede parametre. Det elektriske felt er koncentreret i spalterne, og det magnetiske felt er koncentreret inde i hulrummet.

Udgangsenergien fra magnetronen realiseres ved hjælp af en induktiv sløjfe placeret i en eller oftere to tilstødende resonatorer. Koaksialkablet leverer strøm til belastningen.

Ris. 2. Magnetronanordning

Opvarmning med mikrobølgestrømme udføres i bølgeledere med cirkulært eller rektangulært tværsnit eller i volumenresonatorer, hvori elektromagnetiske bølger de enkleste former TE10 (H10) (i bølgeledere) eller TE101 (i hulrumsresonatorer). Opvarmning kan også ske ved at udsende en elektromagnetisk bølge til varmeobjektet.

Magnetroner drives af ensrettet strøm med et forenklet ensretterkredsløb. Enheder med meget lav effekt kan være vekselstrømsdrevne.

Magnetroner kan fungere ved forskellige frekvenser fra 0,5 til 100 GHz, med ydelser fra nogle få W til titusinder af kW i kontinuerlig tilstand og fra 10 W til 5 MW i pulseret tilstand med pulsvarigheder hovedsageligt fra fraktioner til titusinder af mikrosekunder.

Ris. 2. Magnetron i en mikrobølgeovn

Enhedens enkelhed og de relativt lave omkostninger ved magnetroner, kombineret med høj intensitet af opvarmning og forskellige anvendelser af mikrobølgestrømme, åbner store muligheder for deres anvendelse inden for forskellige industriområder, landbrug (f.eks. dielektriske varmeanlæg) og derhjemme (mikrobølgeovn).

Magnetrondrift

Så det er magnetronen elektrisk lampe et specielt design, der bruges til at generere ultrahøjfrekvente svingninger (i området for decimeter- og centimeterbølger). Dets karakteristika er brugen af ​​et permanent magnetfelt (for at skabe de nødvendige veje til bevægelse af elektroner inde i lampen), fra som magnetronen har fået sit navn.

Multikammermagnetronen, hvis idé først blev foreslået af M. A. Bonch-Bruevich og realiseret af de sovjetiske ingeniører D. E. Malyarov og N. F. Alekseev, er en kombination af et elektronrør med volumenresonatorer. Der er flere af disse hulrumsresonatorer i en magnetron, hvorfor denne type kaldes multi-kammer eller multi-kavitet.

Princippet for design og drift af en flerkammermagnetron er som følger. Enhedens anode er en massiv hul cylinder, i hvis indre overflade et antal hulrum med huller er lavet (disse hulrum er volumenresonatorer), katoden er placeret langs cylinderens akse.

Magnetronen er placeret i et permanent magnetfelt rettet langs cylinderens akse. Elektroner, der undslipper katoden på siden af ​​dette magnetfelt, påvirkes af Lorentz kraft, som bøjer elektronernes vej.

Det magnetiske felt er valgt således, at de fleste elektroner bevæger sig langs buede baner, der ikke rører anoden. Hvis enhedens kameraer (hulrumsresonatorer) vises elektriske vibrationer (små udsving i volumen opstår altid af forskellige årsager, for eksempel som følge af at tænde for anodespændingen), så eksisterer et vekslende elektrisk felt ikke kun inde i kamrene, men også udenfor, nær hullerne (slots).

Elektroner, der flyver nær anoden, falder ind i disse felter og, afhængigt af feltets retning, accelererer eller decelererer de i dem. Når elektroner accelereres af et felt, tager de energi fra resonatorerne, tværtimod, når de decelereres, afgiver de noget af deres energi til resonatorerne.

Hvis antallet af accelererede og decelererede elektroner var det samme, ville de i gennemsnit ikke give energi til resonatorerne. Men elektronerne, som bremses, har så en lavere hastighed, end hvad de får, når de bevæger sig til anoden. Derfor har de ikke længere nok energi til at vende tilbage til katoden.

Tværtimod besidder de elektroner, der blev accelereret af resonatorfeltet, energi, der er større end den, der kræves for at vende tilbage til katoden. Derfor vil elektroner, der kommer ind i feltet af den første resonator, accelereres i den, vende tilbage til katoden, og de, der bremses i den, vil ikke vende tilbage til katoden, men vil bevæge sig langs buede stier nær anoden og falde ind i feltet af følgende resonatorer.

Ved en passende bevægelseshastighed (som på en eller anden måde er relateret til frekvensen af ​​oscillationer i resonatorerne), vil disse elektroner falde ind i feltet af den anden resonator med samme fase af svingninger i det som i feltet af den første resonator, derfor , i feltet af den anden resonator , vil de også bremse.

Med et passende valg af elektronhastighed, dvs.anodespænding (såvel som magnetfeltet, som ikke ændrer elektronens hastighed, men ændrer dens retning), er det muligt at opnå en sådan situation, at en individuel elektron enten vil blive accelereret af feltet af kun en resonator, eller decelereret af feltet af flere resonatorer.

Derfor vil elektronerne i gennemsnit give mere energi til resonatorerne, end de vil tage fra dem, det vil sige, at de svingninger, der opstår i resonatorerne, vil stige, og til sidst vil der blive etableret svingninger med konstant amplitude i dem.

Processen med at opretholde oscillationer i resonatorer, betragtet af os på en forenklet måde, er ledsaget af et andet vigtigt fænomen, da elektroner, for at blive bremset af resonatorens felt, skal flyve ind i dette felt i en bestemt svingningsfase af resonatoren, er naturligvis, at de skal bevæge sig i et uensartet flow (t. så ville de komme ind i resonatorfeltet til enhver tid, ikke på bestemte tidspunkter, men i form af individuelle bundter.

Hertil skal hele strømmen af ​​elektroner være som en stjerne, hvor elektronerne bevæger sig indenfor i separate stråler, og hele stjernen som helhed roterer rundt om magnetronens akse med en sådan hastighed, at dens stråler kommer ind i hvert kammer kl. de rigtige øjeblikke. Processen med dannelse af separate stråler i elektronstrålen kaldes fasefokusering og udføres automatisk under påvirkning af resonatorernes variable felt.

Moderne magnetroner er i stand til at skabe vibrationer op til de højeste frekvenser i centimeterområdet (bølger op til 1 cm og endnu kortere) og levere effekt op til flere hundrede watt med kontinuerlig stråling og flere hundrede kilowatt med pulserende stråling.

Se også:Eksempler på brug af permanente magneter i elektroteknik og energi