Magnetron

S Vikipedije, slobodne enciklopedije

Poprečni presjek magnetrona (magnet je uklonjen).
Sličan magnetron sa uklonjenim drugim delom. Centralna katoda je vidljiva; antena koja provode mikrotalase je na vrhu; magneti nisu prikazani.
Zastarela magnetronska cev od 9 GHz i magneti sa radara sovjetskog aviona. Cev je zagrljena između polova dva alniko magneta u obliku potkovice (gornji, donji), koji stvaraju magnetno polje duž ose cevi. Mikrotalasi se emituju iz otvora talasovoda (gore) koji je u upotrebi pričvršćen za talasovod koji vodi mikrotalase do radarske antene. Moderne cevi koriste magnete od retke zemlje, elektromagnete ili feritne magnete koji su mnogo manje glomazni.

Magnetron je vakuumska cev velike snage koja se koristila u ranim radarskim sistemima i trenutno u mikrotalasnim pećnicama i linearnim akceleratorima čestica. On generiše mikrotalase koristeći interakciju struje elektrona sa magnetnim poljem dok se kreće pored niza rezonatorskih šupljina, koji su male, otvorene šupljine u metalnom bloku. Elektroni prolaze pored šupljina i izazivaju oscilaciju mikrotalasa u unutrašnjosti, slično funkcionisanju zviždaljke koja proizvodi ton kada je pobuđena strujom vazduha koja se duva pored svog otvora. Rezonantna frekvencija rasporeda je određena fizičkim dimenzijama šupljina. Za razliku od drugih vakuumskih cevi, kao što su klistron ili cev progresivnog talasa (TWT), magnetron ne može da funkcioniše kao pojačalo za povećanje intenziteta primenjenog mikrotalasnog signala; magnetron služi isključivo kao oscilator, generišući mikrotalasni signal iz struje jednosmerne struje koja se dovodi u vakuumsku cev.

Upotreba magnetnih polja kao sredstva za kontrolu toka električne struje bila je podstaknuta pronalaskom Audiona od strane Li de Foresta 1906. Albert Hal iz Dženeral Elektrikove istraživačke laboratorije započeo je razvoj magnetrona kako bi izbegao de Forestove patente,[1] ali oni nikada nisu bili potpuno uspešni. Drugi eksperimentatori su prihvatili Halov rad i ključni napredak, korišćenje dve katode, uveo je Haban u Nemačkoj 1924. Dalja istraživanja su bila ograničena sve do Okabeovog japanskog rada iz 1929. u kome se beleži proizvodnja signala talasne dužine centimetra, što je dovelo do interesovanja širom sveta. Razvoj magnetrona sa više katoda predložio je A.L. Samuel iz [Bell Telephone Laboratories[|Bel Telefon Laboratorija]] 1934. godine, što je dovelo do dizajna Postumusa 1934. i Hansa Holmana 1935. Proizvodnju su preuzeli Filips, Dženeral Elektrik (GEC), Telefunken i drugi, ograničeno na oko 10 W izlaza. U to vreme klistron je proizvodio više snage i magnetron nije bio u širokoj upotrebi, iako su Alekseref i Malearof napravili uređaj od 300 W u SSSR-u 1936. godine (što je objavljeno 1940. godine).[1]

Magnetron sa šupljinom je bio radikalno poboljšanje koje su uveli Džon Rendal i Hari But na Univerzitetu u Birmingemu, Engleska 1940. godine.[2] Njihov prvi radni primer proizveo je stotine vati na talasnoj dužini od 10 cm, što je u to vreme bilo dostignuće bez presedana.[3] U roku od nekoliko nedelja, inženjeri u GEC-u su poboljšali ovo na znatno više od kilovata, a za nekoliko meseci 25 kilovata, preko 100 kWВ do 1941. su se približavali megavatu do 1943. Impulsi velike snage su generisani iz uređaja veličine male knjige i emitovanje sa antene dugačke samo nekoliko centimetara, smanjujući veličinu praktičnih radarskih sistema za više redova veličine.[4] Pojavili su se novi radari za noćne lovce, protivpodmorničke avione, pa čak i za najmanje prateće brodove,[4] i od tog trenutka saveznici u Drugom svetskom ratu su imali prednost u radarima koju njihovi kolege u Nemačkoj i Japanu nikada nisu mogli da dosegnu. Do kraja rata, praktično svaki saveznički radar bio je zasnovan na magnetronu.

Magnetron je nastavio da se koristi u radaru u posleratnom periodu, ali je izgubio na popularnosti tokom 1960-ih kada su se pojavili klistroni velike snage i cevi progresivnih talasa. Ključna karakteristika magnetrona je da se njegov izlazni signal menja od impulsa do impulsa, i po frekvenciji i po fazi. Ovo ga čini manje pogodnim za poređenja impulsa sa impulsom za izvođenje indikacije pokretnih ciljeva i uklanjanje „nereda“ sa radarskog displeja.[5] Magnetron je i dalje u upotrebi u nekim radarskim sistemima, ali je postao mnogo češći kao jeftin izvor za mikrotalasne pećnice. U ovom obliku, danas je u upotrebi preko milijardu magnetrona.[5][6]

Rad[uredi | uredi izvor]

Električno polje ubrzava elektrone na putu od katode ka anodi. Po uključenju magnetskog polja upravnog na smjer kretanja elektrona, ova putanja više nije prava već zakrivljena. Pogodnom jačinom magnetskog polja moguće je postići da se elektroni kreću u krug u magnetronu, to jest da postoji obrtni elektronski tovar. Elektroni dobijaju svoju energiju od jednosmjernog izvora struje, a predaju je rezonatorskim šupljinama magnetrona.

Konvencionalni dizajn cevi[uredi | uredi izvor]

U konvencionalnoj elektronskoj cevi (vakumska cev), elektroni se emituju iz negativno naelektrisane, zagrejane komponente koja se zove katoda i privlači ih pozitivno naelektrisana komponenta koja se zove anoda. Komponente su normalno raspoređene koncentrično, smeštene u kontejner u obliku cevi iz kojeg je evakuisan sav vazduh, tako da se elektroni mogu slobodno kretati (otuda naziv „vakumske” cevi, nazvane „ventili” na britanskom engleskom).

Ako je treća elektroda (koja se zove kontrolna mreža) umetnuta između katode i anode, protok elektrona između katode i anode može se regulisati promenom napona na ovoj trećoj elektrodi. Ovo omogućava rezultirajućoj elektronskoj cevi (nazvanoj „trioda“, jer sada ima tri elektrode) da funkcioniše kao pojačalo, jer će male varijacije električnog naboja primenjenog na kontrolnu mrežu dovesti do identičnih varijacija u mnogo većoj struji elektrona koji teku između katode i anode.[7]

Primena[uredi | uredi izvor]

Koriste se u radarima za proizvodnju VVF oscilacija velike snage, i u mikrotalasnim pećnicama gdje se VVF energija usmjerava na hranu koja se zagrijava.

Istorija[uredi | uredi izvor]

Godine 1910, Hans Gerdien (1877–1951) iz Simens Korporacije je izumeo magnetron.[8][9] Godine 1912, švajcarski fizičar Hajnrih Grejnaher je tražio nove načine za izračunavanje mase elektrona. On se odlučio na sistem koji se sastoji od diode sa cilindričnom anodom koja okružuje katodu u obliku šipke, postavljenu u sredinu magneta. Pokušaj merenja mase elektrona je propao, jer nije uspeo da postigne dobar vakuum u cevi. Međutim, kao deo ovog rada, Grejnaher je razvio matematičke modele kretanja elektrona u ukrštenim magnetnim i električnim poljima.[10][11]

U SAD, Albert Hal je upotrebio ovo delo u pokušaju da zaobiđe patente Vestern Elektrika na triodi. Vestern Elektrik je stekao kontrolu nad ovim dizajnom kupovinom patenata Li De Foresta o kontroli strujnog toka pomoću električnih polja preko „mreže”. Hal je nameravao da koristi promenljivo magnetno polje, umesto elektrostatičkog, da kontroliše tok elektrona od katode do anode. Radeći u Dženeral Elektrikovim istraživačkim laboratorijama u Šenektadiju u Njujorku, Hal je napravio cevi koje su omogućavale prebacivanje kroz kontrolu odnosa jačine magnetnog i električnog polja. Objavio je nekoliko radova i patenata o ovom konceptu 1921. godine.[12]

Halov magnetron prvobitno nije bio namenjen za generisanje VHF (veoma visokofrekventnih) elektromagnetnih talasa. Međutim, 1924. godine, češki fizičar August Žaček[13] (1886–1961) i nemački fizičar Erih Haban[14] (1892–1968) su nezavisno otkrili da magnetron može da generiše talase od 100 megaherca do 1 gigaherca. Žaček, profesor na Karlovom univerzitetu u Pragu, objavio je prvi; međutim, objavio je u malotiražnom časopisu i time privukao malo pažnje.[15] Haban, student Univerziteta u Jeni, istraživao je magnetron za svoju doktorsku disertaciju iz 1924. godine.[16] Tokom 1920-ih, Hal i drugi istraživači širom sveta radili su na razvoju magnetrona.[17][18][19] Većina ovih ranih magnetrona bile su staklene vakuumske cevi sa više anoda. Međutim, dvopolni magnetron, poznat i kao magnetron sa podeljenom anodom, imao je relativno nisku efikasnost.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ a b 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. Arhivirano iz originala 26. 7. 2011. g. Pristupljeno 23. 8. 2009. 
  3. ^ Angela Hind (5. 2. 2007). „Briefcase 'that changed the world'”. BBC News. Arhivirano iz originala 15. 11. 2007. g. Pristupljeno 2007-08-16. 
  4. ^ a b Schroter, B. (proleće 2008). „How important was Tizard's Box of Tricks?” (PDF). Imperial Engineer. 8: 10. Arhivirano (PDF) iz originala 2011-06-17. g. Pristupljeno 2009-08-23. 
  5. ^ a b 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 Arhivirano 2008-10-10 na sajtu 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. Arhivirano iz originala 25. 8. 2017. g. Pristupljeno 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. str. 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 (na jeziku: nemački). 14: 856—64. 
  11. ^ Wolff, Dipl.-Ing. (FH) Christian. „Radar Basics”. www.radartutorial.eu. Arhivirano iz originala 23. 12. 2017. g. Pristupljeno 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, ur. (2007). Für und Wider "Hitlers Bombe": Studien zur Atomforschung in Deutschland [For and Against "Hitler's Bomb": Studies on atomic research in Germany] (na jeziku: nemački). New York: Waxmann Publishing Co. str. 251 footnote. 
  15. ^ See:
    • Žáček, A. (maj 1924). „Nová metoda k vytvorení netlumenych oscilací” [New method of generating undamped oscillations]. Časopis Pro Pěstování Matematiky a Fysiky (na jeziku: češki). 53: 378—80. doi:10.21136/CPMF.1924.121857 Slobodan pristup.  Available (in Czech) at: Czech Digital Mathematics Library Arhivirano 2011-07-18 na sajtu 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 (na jeziku: nemački). 24: 115—20, 135—41. 
  17. ^ Kaiser, W. (1994). „The Development of Electron Tubes and of Radar technology: The Relationship of Science and Technology”. Ur.: Blumtritt, O.; Petzold, H.; Aspray, W. Tracking the History of Radar. Piscataway, NJ: IEEE. str. 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]”. Žurnal Russkogo Fiziko-Himičeskogo Obщestva [Zhurnal Russkogo Fiziko-Khimicheskogo Obshchestva, Journal of the Russian Physico-Chemical Society] (na jeziku: ruski). 58 (2): 395—407. 
    • Slutskin, Abram A.; Shteinberg, Dmitry S. (1927). „[Electronic oscillations in two-electrode tubes]”. Ukraїnsьkiй fіzičniй žurnal [Ukrainski Fizychni Zapysky, Ukrainian Journal of Physics] (na jeziku: ukrajinski). 1 (2): 22—27. 
    • Slutzkin, A. A.; Steinberg, D. S. (maj 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 (na jeziku: nemački). 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 (mart 1928). „[Production of intense extra-short radio waves by a split-anode magnetron (Part 3)]”. Journal of the Institute of Electrical Engineering of Japan (na jeziku: japanski): 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. 

Literatura[uredi | uredi izvor]

  • Osnovi elektronike, Radio-predajnici i radio-prijemnici, Državni sekretarijat za narodnu odbranu, Beograd, 1967.
Patenti
  • 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

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]

Magnetron na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Магнетрон&oldid=27558462”