Magnetron

Magnetron - rodzaj genaracyjnej lampy mikrofalowej. Jej działanie oparte jest na wzajemnym oddziaływaniu elektronów i pola magnetycznego. Urządzenie przetwarza energię prądu stałego na energię elektryczną wysokiej częstotliwości.

Budowa

Podstawowym elementem magnetronu jest anoda, której kształt określa częstotliwość drgań. Zbudowana jest ona w formie pierścienia z wewnętrznymi wnękami (magnetron wnękowy), zwanymi rezonatorami. Ilość rezonatorów oraz ich forma określają tor poruszających się elektronów, a co za tym idzie, charakterystykę lampy. Źródłem elektronów jest katoda umieszczona wraz z odpowiednim żarnikiem w komorze anodowej. W komorze panuje próżnia. Ciepło generowane w czasie pracy magnetronu odprowadzane jest za pomocą specjalnych radiatorów chłodzonych powietrzem (kuchenka mikrofalowa) lub wodą (systemy radarowe). Ilość generowanego ciepła jest proporcjonalna do mocy magnetronu. Do czoła bloku anodowego przylegają silne magnesy wytwarzające pole magnetyczne. Linie pola są przez to równoległe do przekrojów rezonatorów. Z wnętrza któregoś z rezonatorów wyprowadzone zostaje wyjście wysokiej częstotliwości. W zależności od zastosowania, jest ono połączone poprzez falowód z anteną, albo odbiornikiem.

Zasada działania

Emitowany przez katodę strumień elektronów jest modyfikowany poprzez działanie pola magnetycznego i kształt komory anodowej. Gdy elektrony poruszają się w polu magnetycznym, których linie są prostopadłych do wektora prędkości elektronu, wytwarzana jest siła skierowana prostopadle do tego wektora, przez co tor ruchu elektronu zostaje odchylony. Czym większa jest prędkość elektronu, tym większa siła i w rezultacie większa krzywizna odchylenia toru. Pole magnetyczne wytwarza narastającą siłę poruszającą elektrony po zakrzywionych torach przebiegających w sąsiedztwie rezonatorów wnękowych. W rezonatorach wnękowych powstają drgania pola elektromagnetycznego, gdy w ich pobliżu przelatuje strumień elektronów. Częstotliwość powstałych w rezonatorach fal elektromagnetycznych jest zatem rezonansową częstotliwością zastosowanych wnęk. Pola elektryczne generowanych w rezonatorach drgań wpływają na zmianę prędkości elektronów. W polu przyspieszającym wzrasta ich prędkość, a tor ruchu odchyla się. Uderzają w katodę przekazując jej swoją energię. W polu hamującym elektrony zwalniają i kierują się w stronę anody. Efektem tego jest swoiste grupowanie się elektronów, a ich rotacja jest zsynchronizowana ze zmianami fazy drgań w rezonatorach. Elektrony, będąc stopniowo hamowane podczas mijania kolejnych szczelin rezonatorów, oddają swoją energię kinetyczną polu elektromagnetycznemu o wysokiej częstotliwości. Zanim elektrony dotrą do anody są w stanie przekazać 70% swojej energii kinetycznej. Pozostała część energii jest przekazywana do anody w postaci ciepła.

Zastosowanie

Jako źródło ciepła magnetron znalazł zastosowanie w kuchenkach mikrofalowych. Jednak dziedziną, która zrewolucjonizowana została dzięki niemu była radiolokacja. Magnetrony stosowane w radarach, zwiększając osiągi tych urządzeń, doprowadziły do powstania nowoczesnych urządzeń radiolokacyjnych.