Kuidas magnetron töötab ja töötab

Magnetron - spetsiaalne elektrooniline seade, milles ülikõrge sagedusega võnkumiste (mikrolainevõnkumiste) genereerimine toimub elektronide voolu moduleerimise teel kiiruse järgi. Magnetronid on suure ja ülikõrge sagedusega vooludega kütte rakendusala kõvasti laiendanud.

Vähem levinud on samal põhimõttel amplitronid (platinotronid), klistronid ja liikuva laine lambid.

Magnetron on kõige arenenum suure võimsusega mikrolainesageduste generaator. See on hästi evakueeritud lamp, mille elektronkiirt juhib elektri- ja magnetväli. Need võimaldavad saada väga lühikesi laineid (kuni sentimeetri murdosa) märkimisväärse võimsusega.

Magnetronid kasutavad elektronide liikumist vastastikku risti asetsevates elektri- ja magnetväljades, mis tekivad katoodi ja anoodi vahelises rõngakujulises pilus. Elektroodide vahele rakendatakse anoodilist pinget, mis tekitab radiaalse elektrivälja, mille mõjul kuumutatud katoodist eemaldatud elektronid tormavad anoodile.

Anoodiplokk asetatakse elektromagneti pooluste vahele, mis tekitab magnetroni teljele suunatud rõngakujulises pilus magnetvälja. Magnetvälja mõjul kaldub elektron radiaalsuunast kõrvale ja liigub mööda keerulist spiraalset trajektoori. Katoodi ja anoodi vahelises ruumis tekib pöörlev keeltega elektronipilv, mis meenutab kodaratega ratta rummu. Mööda lennates anoodiõõnte resonaatorite pilusid, ergastavad elektronid neis kõrgsageduslikke võnkumisi.

Riis. 1. Magnetron anoodi plokk

Iga õõnsusresonaator on hajutatud parameetritega võnkesüsteem. Elektriväli on koondunud piludesse ja magnetväli on koondunud õõnsuse sisse.

Magnetroni väljundenergia realiseeritakse ühte või sagedamini kahte kõrvuti asuvasse resonaatorisse paigutatud induktiivse ahela abil. Koaksiaalkaabel varustab koormust toitega.

Riis. 2. Magnetron seade

Mikrolainevooludega kuumutamine toimub ringi- või ristkülikukujulise ristlõikega lainejuhtides või ruumalaresonaatorites, milles elektromagnetlained lihtsaimad vormid TE10 (H10) (lainejuhtides) või TE101 (õõnsusresonaatorites). Kütmist saab teha ka elektromagnetlaine kiirgamisega kütteobjektile.

Magnetronid saavad toidet alaldi vooluga lihtsustatud alaldi ahelaga. Väga väikese võimsusega seadmed võivad olla vahelduvvoolutoitel.

Magnetronid võivad töötada erinevatel sagedustel 0,5 kuni 100 GHz, võimsusega mõnest W kuni kümnete kW pidevas režiimis ja 10 W kuni 5 MW impulssrežiimis, mille impulsi kestus on peamiselt murdosadest kümnete mikrosekunditeni.

Riis. 2. Magnetron mikrolaineahjus

Seadme lihtsus ja magnetronide suhteliselt madal hind koos kõrge kuumutamise intensiivsuse ja mikrolainevoolude mitmekesise kasutusega avavad suurepärased väljavaated nende kasutamiseks erinevates tööstusharudes, põllumajanduses (näiteks dielektrilised küttepaigaldised) ja kodus (mikrolaineahi).

Magnetroni töö

Nii et see on magnetron elektrilamp spetsiaalne konstruktsioon, mida kasutatakse ülikõrge sagedusega võnkumiste tekitamiseks (detsimeeter- ja sentimeetrilainete vahemikus), selle tunnuseks on püsimagnetvälja kasutamine (lambi sees elektronide liikumiseks vajalike radade loomiseks), alates mille magnetron sai oma nime.

Mitmekambriline magnetron, mille idee pakkus esmakordselt välja M. A. Bonch-Bruevitš ja mille realiseerisid Nõukogude insenerid D. E. Maljarov ja N. F. Alekseev, on elektrontoru kombinatsioon ruumalaresonaatoritega. Magnetronis on mitu sellist õõnsusresonaatorit, mistõttu seda tüüpi nimetatakse mitmekambriliseks või mitme õõnsuseks.

Mitmekambrilise magnetroni konstruktsiooni ja tööpõhimõte on järgmine. Seadme anoodiks on massiivne õõnessilinder, mille sisepinnale on tehtud hulk aukudega õõnsusi (need õõnsused on ruumalaresonaatorid), katood paikneb piki silindri telge.

Magnetron asetatakse püsivasse magnetvälja, mis on suunatud piki silindri telge. Selle magnetvälja küljel olevalt katoodilt välja pääsevad elektronid mõjutavad Lorentzi jõud, mis painutab elektronide teed.

Magnetväli valitakse nii, et suurem osa elektronidest liigub mööda kõveraid teid, mis ei puuduta anoodi. Kui seadme kaamerad (õõnsusresonaatorid) ilmuvad elektrilised vibratsioonid (mahtude väikesed kõikumised tekivad alati erinevatel põhjustel, näiteks anoodipinge sisselülitamise tagajärjel), siis ei eksisteeri vahelduv elektriväli mitte ainult kambrite sees, vaid ka väljaspool, aukude (pilude) läheduses.

Anoodi lähedal lendavad elektronid langevad nendesse väljadesse ja olenevalt välja suunast neis kas kiirendavad või aeglustuvad. Kui elektronid on välja poolt kiirendatud, võtavad nad resonaatoritelt energiat, vastupidi, aeglustades loovutavad nad osa oma energiast resonaatoritele.

Kui kiirendatud ja aeglustunud elektronide arv oleks sama, siis keskmiselt nad resonaatoritele energiat ei annaks. Kuid elektronidel, mida aeglustatakse, on siis väiksem kiirus kui anoodile liikudes. Seetõttu pole neil enam piisavalt energiat, et katoodile naasta.

Vastupidi, need elektronid, mida resonaatoriväli kiirendas, omavad suuremat energiat, kui on vaja katoodile naasmiseks. Seetõttu naasevad elektronid, mis sisenevad esimese resonaatori väljale ja mida kiirendatakse selles, katoodile ja need, mis on selles aeglustunud, ei naase katoodile, vaid liiguvad mööda kõveraid teid anoodi lähedal ja kukuvad. järgmiste resonaatorite valdkonda.

Sobival liikumiskiirusel (mis on kuidagi seotud resonaatorite võnkesagedusega) langevad need elektronid teise resonaatori väljale, milles on sama võnkefaas nagu esimese resonaatori väljas, mistõttu , teise resonaatori väljal aeglustuvad ka need.

Seega sobiva elektronikiiruse valikuga, s.o.anoodpinge (nagu ka magnetväli, mis ei muuda elektroni kiirust, vaid muudab selle suunda), on võimalik saavutada selline olukord, et üksikut elektroni kiirendab kas ainult ühe resonaatori väli, või aeglustunud mitme resonaatori välja poolt.

Seetõttu annavad elektronid resonaatoritele keskmiselt rohkem energiat, kui nad neilt ära võtavad, see tähendab, et resonaatorites esinevad võnked suurenevad ja lõpuks tekivad neis konstantse amplituudiga võnked.

Meie poolt lihtsustatult vaadeldava resonaatorite võnkumiste säilitamise protsessiga kaasneb veel üks oluline nähtus, kuna elektronid peavad selleks, et resonaatori väli aeglustada, sellesse välja lendama teatud võnkefaasis. resonaatorist on ilmselgelt see, et nad peavad liikuma ebaühtlase vooluna (t. siis satuksid nad resonaatorivälja igal ajal, mitte kindlatel kellaaegadel, vaid üksikute kimpudena.

Selleks peab kogu elektronide voog olema nagu täht, milles elektronid liiguvad sees eraldi kiirtena ja kogu täht tervikuna pöörleb ümber magnetroni telje sellise kiirusega, et selle kiired tulevad igasse kambrisse kell. õiged hetked. Eraldi kiirte moodustumise protsessi elektronkiires nimetatakse faasifookuseks ja see toimub automaatselt resonaatorite muutuva välja toimel.

Kaasaegsed magnetronid on võimelised tekitama vibratsiooni kuni kõrgeimate sagedusteni sentimeetrivahemikus (lained kuni 1 cm ja isegi lühemad) ning andma pideva kiirgusega kuni mitusada vatti ja impulsskiirgusega mitusada kilovatti võimsust.

Vaata ka:Näiteid püsimagnetite kasutamisest elektrotehnikas ja energeetikas