Википедија

Магнетрон

Магнетрон је вакуумска цев велике снаге која се користила у раним радарским системима и тренутно у микроталасним пећницама и линеарним акцелераторима честица. Он генерише микроталасе користећи интеракцију струје електрона са магнетним пољем док се креће поред низа резонаторских шупљина, који су мале, отворене шупљине у металном блоку. Електрони пролазе поред шупљина и изазивају осцилацију микроталаса у унутрашњости, слично функционисању звиждаљке која производи тон када је побуђена струјом ваздуха која се дува поред свог отвора. Резонантна фреквенција распореда је одређена физичким димензијама шупљина. За разлику од других вакуумских цеви, као што су клистрон или цев прогресивног таласа (TWT), магнетрон не може да функционише као појачало за повећање интензитета примењеног микроталасног сигнала; магнетрон служи искључиво као осцилатор, генеришући микроталасни сигнал из струје једносмерне струје која се доводи у вакуумску цев.

Попречни пресјек магнетрона (магнет је уклоњен).
Сличан магнетрон са уклоњеним другим делом. Централна катода је видљива; антена која проводе микроталасе је на врху; магнети нису приказани.
Застарела магнетронска цев од 9 GHz и магнети са радара совјетског авиона. Цев је загрљена између полова два алнико магнета у облику потковице (горњи, доњи), који стварају магнетно поље дуж осе цеви. Микроталаси се емитују из отвора таласовода (горе) који је у употреби причвршћен за таласовод који води микроталасе до радарске антене. Модерне цеви користе магнете од ретке земље, електромагнете или феритне магнете који су много мање гломазни.

Употреба магнетних поља као средства за контролу тока електричне струје била је подстакнута проналаском Аудиона од стране Ли де Фореста 1906. Алберт Хал из Џенерал Електрикове истраживачке лабораторије започео је развој магнетрона како би избегао де Форестове патенте,[1] али они никада нису били потпуно успешни. Други експериментатори су прихватили Халов рад и кључни напредак, коришћење две катоде, увео је Хабан у Немачкој 1924. Даља истраживања су била ограничена све до Окабеовог јапанског рада из 1929. у коме се бележи производња сигнала таласне дужине центиметра, што је довело до интересовања широм света. Развој магнетрона са више катода предложио је А.Л. Самуел из [Bell Telephone Laboratories[|Бел Телефон Лабораторија]] 1934. године, што је довело до дизајна Постумуса 1934. и Ханса Холмана 1935. Производњу су преузели Филипс, Џенерал Електрик (GEC), Телефункен и други, ограничено на око 10 W излаза. У то време клистрон је производио више снаге и магнетрон није био у широкој употреби, иако су Алексереф и Малеароф направили уређај од 300 W у СССР-у 1936. године (што је објављено 1940. године).[1]

Магнетрон са шупљином је био радикално побољшање које су увели Џон Рендал и Хари Бут на Универзитету у Бирмингему, Енглеска 1940. године.[2] Њихов први радни пример произвео је стотине вати на таласној дужини од 10 cm, што је у то време било достигнуће без преседана.[3] У року од неколико недеља, инжењери у GEC-у су побољшали ово на знатно више од киловата, а за неколико месеци 25 киловата, преко 100 kWВ до 1941. су се приближавали мегавату до 1943. Импулси велике снаге су генерисани из уређаја величине мале књиге и емитовање са антене дугачке само неколико центиметара, смањујући величину практичних радарских система за више редова величине.[4] Појавили су се нови радари за ноћне ловце, противподморничке авионе, па чак и за најмање пратеће бродове,[4] и од тог тренутка савезници у Другом светском рату су имали предност у радарима коју њихови колеге у Немачкој и Јапану никада нису могли да досегну. До краја рата, практично сваки савезнички радар био је заснован на магнетрону.

Магнетрон је наставио да се користи у радару у послератном периоду, али је изгубио на популарности током 1960-их када су се појавили клистрони велике снаге и цеви прогресивних таласа. Кључна карактеристика магнетрона је да се његов излазни сигнал мења од импулса до импулса, и по фреквенцији и по фази. Ово га чини мање погодним за поређења импулса са импулсом за извођење индикације покретних циљева и уклањање „нереда“ са радарског дисплеја.[5] Магнетрон је и даље у употреби у неким радарским системима, али је постао много чешћи као јефтин извор за микроталасне пећнице. У овом облику, данас је у употреби преко милијарду магнетрона.[5][6]

Рад

уреди

Електрично поље убрзава електроне на путу од катоде ка аноди. По укључењу магнетског поља управног на смјер кретања електрона, ова путања више није права већ закривљена. Погодном јачином магнетског поља могуће је постићи да се електрони крећу у круг у магнетрону, то јест да постоји обртни електронски товар. Електрони добијају своју енергију од једносмјерног извора струје, а предају је резонаторским шупљинама магнетрона.

Конвенционални дизајн цеви

уреди

У конвенционалној електронској цеви (вакумска цев), електрони се емитују из негативно наелектрисане, загрејане компоненте која се зове катода и привлачи их позитивно наелектрисана компонента која се зове анода. Компоненте су нормално распоређене концентрично, смештене у контејнер у облику цеви из којег је евакуисан сав ваздух, тако да се електрони могу слободно кретати (отуда назив „вакумске” цеви, назване „вентили” на британском енглеском).

Ако је трећа електрода (која се зове контролна мрежа) уметнута између катоде и аноде, проток електрона између катоде и аноде може се регулисати променом напона на овој трећој електроди. Ово омогућава резултирајућој електронској цеви (названој „триода“, јер сада има три електроде) да функционише као појачало, јер ће мале варијације електричног набоја примењеног на контролну мрежу довести до идентичних варијација у много већој струји електрона који теку између катоде и аноде.[7]

Примена

уреди

Користе се у радарима за производњу ВВФ осцилација велике снаге, и у микроталасним пећницама гдје се ВВФ енергија усмјерава на храну која се загријава.

Историја

уреди

Године 1910, Ханс Гердиен (1877–1951) из Сименс Корпорације је изумео магнетрон.[8][9] Године 1912, швајцарски физичар Хајнрих Грејнахер је тражио нове начине за израчунавање масе електрона. Он се одлучио на систем који се састоји од диоде са цилиндричном анодом која окружује катоду у облику шипке, постављену у средину магнета. Покушај мерења масе електрона је пропао, јер није успео да постигне добар вакуум у цеви. Међутим, као део овог рада, Грејнахер је развио математичке моделе кретања електрона у укрштеним магнетним и електричним пољима.[10][11]

У САД, Алберт Хал је употребио ово дело у покушају да заобиђе патенте Вестерн Електрика на триоди. Вестерн Електрик је стекао контролу над овим дизајном куповином патената Ли Де Фореста о контроли струјног тока помоћу електричних поља преко „мреже”. Хал је намеравао да користи променљиво магнетно поље, уместо електростатичког, да контролише ток електрона од катоде до аноде. Радећи у Џенерал Електриковим истраживачким лабораторијама у Шенектадију у Њујорку, Хал је направио цеви које су омогућавале пребацивање кроз контролу односа јачине магнетног и електричног поља. Објавио је неколико радова и патената о овом концепту 1921. године.[12]

Халов магнетрон првобитно није био намењен за генерисање VHF (веома високофреквентних) електромагнетних таласа. Међутим, 1924. године, чешки физичар Аугуст Жачек[13] (1886–1961) и немачки физичар Ерих Хабан[14] (1892–1968) су независно открили да магнетрон може да генерише таласе од 100 мегахерца до 1 гигахерца. Жачек, професор на Карловом универзитету у Прагу, објавио је први; међутим, објавио је у малотиражном часопису и тиме привукао мало пажње.[15] Хабан, студент Универзитета у Јени, истраживао је магнетрон за своју докторску дисертацију из 1924. године.[16] Током 1920-их, Хал и други истраживачи широм света радили су на развоју магнетрона.[17][18][19] Већина ових раних магнетрона биле су стаклене вакуумске цеви са више анода. Међутим, двополни магнетрон, познат и као магнетрон са подељеном анодом, имао је релативно ниску ефикасност.

Референце

уреди
  1. ^ а б Redhead, Paul A., "The Invention of the Cavity Magnetron and its Introduction into Canada and the U.S.A.", La Physique au Canada, November 2001
  2. ^ „The Magnetron”. Bournemouth University. 1995—2009. Архивирано из оригинала 26. 7. 2011. г. Приступљено 23. 8. 2009. 
  3. ^ Angela Hind (5. 2. 2007). „Briefcase 'that changed the world'”. BBC News. Архивирано из оригинала 15. 11. 2007. г. Приступљено 2007-08-16. 
  4. ^ а б Schroter, B. (пролеће 2008). „How important was Tizard's Box of Tricks?” (PDF). Imperial Engineer. 8: 10. Архивирано (PDF) из оригинала 2011-06-17. г. Приступљено 2009-08-23. 
  5. ^ а б Brookner, Eli (19—20. 4. 2010). „From $10,000 magee to $7 magee and $10 transmitter and receiver (T/R) on single chip”. 2010 International Conference on the Origins and Evolution of the Cavity Magnetron: 1—2. ISBN 978-1-4244-5609-3. doi:10.1109/CAVMAG.2010.5565574. 
  6. ^ Ma, L. "3D Computer Modeling of Magnetrons Архивирано 2008-10-10 на сајту Wayback Machine." University of London Ph.D. Thesis. December 2004. Accessed 2009-08-23.
  7. ^ White, Steve. „Electric Valves: Diodes, Triodes, and Transistors”. zipcon.net. Архивирано из оригинала 25. 8. 2017. г. Приступљено 5. 5. 2018. 
  8. ^ See:
  9. ^ Goerth, Joachim (2010). „Early magnetron development especially in Germany”. International Conference on the Origins and Evolution of the Cavity Magnetron (CAVMAG 2010), Bournemouth, England, UK, 19–20 April 2010. Piscataway, New Jersey: IEEE. стр. 17—22. 
  10. ^ Greinacher, H. (1912). „Über eine Anordnung zur Bestimmung von e/m” [On an apparatus for the determination of e/m]. Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (на језику: немачки). 14: 856—64. 
  11. ^ Wolff, Dipl.-Ing. (FH) Christian. „Radar Basics”. www.radartutorial.eu. Архивирано из оригинала 23. 12. 2017. г. Приступљено 5. 5. 2018. 
  12. ^ See:
  13. ^ Biographical information about August Žáček:
  14. ^ Biographical information about Erich Habann:
    • Günter Nagel, "Pionier der Funktechnik. Das Lebenswerk des Wissenschaftlers Erich Habann, der in Hessenwinkel lebte, ist heute fast vergessen" (Pioneer in Radio Technology. The life's work of scientist Erich Habann, who lived in Hessenwinkel, is nearly forgotten today.), Bradenburger Blätter (supplement of the Märkische Oderzeitung, a daily newspaper of the city of Frankfurt in the state of Brandenburg, Germany), 15 December 2006, page 9.
    • Karlsch, Rainer; Petermann, Heiko, ур. (2007). Für und Wider "Hitlers Bombe": Studien zur Atomforschung in Deutschland [For and Against "Hitler's Bomb": Studies on atomic research in Germany] (на језику: немачки). New York: Waxmann Publishing Co. стр. 251 footnote. 
  15. ^ See:
    • Žáček, A. (мај 1924). „Nová metoda k vytvorení netlumenych oscilací” [New method of generating undamped oscillations]. Časopis Pro Pěstování Matematiky a Fysiky (на језику: чешки). 53: 378—80. doi:10.21136/CPMF.1924.121857  .  Available (in Czech) at: Czech Digital Mathematics Library Архивирано 2011-07-18 на сајту Wayback Machine.
    • Žáček, A. (1928). „Über eine Methode zur Erzeugung von sehr kurzen elektromagnetischen Wellen” [On a method for generating very short electromagnetic waves]. Zeitschrift für Hochfrequenztechnik (на језику: немачки). 32: 172—80. 
    • Žáček, A., "Spojení pro výrobu elektrických vln" [Circuit for the production of electrical waves], Czechoslovak patent no. 20,293 (filed: 31 May 1924; issued: 15 February 1926). Available (in Czech) at: Czech Industrial Property Office Архивирано 2011-07-18 на сајту Wayback Machine.
  16. ^ Habann, Erich (1924). „Eine neue Generatorröhre” [A new generator tube]. Zeitschrift für Hochfrequenztechnik (на језику: немачки). 24: 115—20, 135—41. 
  17. ^ Kaiser, W. (1994). „The Development of Electron Tubes and of Radar technology: The Relationship of Science and Technology”. Ур.: Blumtritt, O.; Petzold, H.; Aspray, W. Tracking the History of Radar. Piscataway, NJ: IEEE. стр. 217—36. 
  18. ^ Brittain, James E. (1985). „The magnetron and the beginnings of the microwave age”. Physics Today. 38 (7): 60—67. Bibcode:1985PhT....38g..60B. doi:10.1063/1.880982. 
  19. ^ See for example:
    • Soviet physicists:
    • Slutskin, Abram A.; Shteinberg, Dmitry S. (1926). „[Obtaining oscillations in cathode tubes with the aid of a magnetic field]”. Журнал Русского Физико-Химического Общества [Zhurnal Russkogo Fiziko-Khimicheskogo Obshchestva, Journal of the Russian Physico-Chemical Society] (на језику: руски). 58 (2): 395—407. 
    • Slutskin, Abram A.; Shteinberg, Dmitry S. (1927). „[Electronic oscillations in two-electrode tubes]”. Український фізичний журнал [Ukrainski Fizychni Zapysky, Ukrainian Journal of Physics] (на језику: украјински). 1 (2): 22—27. 
    • Slutzkin, A. A.; Steinberg, D. S. (мај 1929). „Die Erzeugung von kurzwelligen ungedämpften Schwingungen bei Anwendung des Magnetfeldes” [The generation of undamped shortwave oscillations by application of a magnetic field]. Annalen der Physik (на језику: немачки). 393 (5): 658—70. Bibcode:1929AnP...393..658S. doi:10.1002/andp.19293930504. 
    • Japanese engineers:
    • Yagi, Hidetsugu (1928). „Beam transmission of ultra-short waves”. Proceedings of the Institute of Radio Engineers. 16 (6): 715—41.  Magnetrons are discussed in Part II of this article.
    • Okabe, Kinjiro (март 1928). „[Production of intense extra-short radio waves by a split-anode magnetron (Part 3)]”. Journal of the Institute of Electrical Engineering of Japan (на језику: јапански): 284ff. 
    • Okabe, Kinjiro (1929). „On the short-wave limit of magnetron oscillations”. Proceedings of the Institute of Radio Engineers. 17 (4): 652—59. 
    • Okabe, Kinjiro (1930). „On the magnetron oscillation of new type”. Proceedings of the Institute of Radio Engineers. 18 (10): 1748—49. 

Литература

уреди
  • Основи електронике, Радио-предајници и радио-пријемници, Државни секретаријат за народну одбрану, Београд, 1967.
Патенти
  • US 2123728  Hans Erich Hollmann/Telefunken GmbH: „Magnetron“ filed November 27, 1935
  • US 2315313  Buchholz, H. (1943). Cavity resonator
  • US 2357313  Carter, P.S. (1944). High frequency resonator and circuit therefor
  • US 2357314  Carter, P.S. (1944). Cavity resonator circuit
  • US 2408236  Spencer, P.L. (1946). Magnetron casing
  • US 2444152  Carter, P.S. (1948). Cavity resonator circuit
  • US 2611094  Rex, H.B. (1952). Inductance-capacitance resonance circuit
  • GB 879677  Dexter, S.A. (1959). Valve oscillator circuits; radio frequency output couplings

Спољашње везе

уреди
 
Магнетрон на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Магнетрон&oldid=27952329”