Магнетрон

Структура складу

Катодная і анодная сістэма

Асноўнымі кампанентамі магнетрона з'яўляюцца катод і анод. Катод звычайна з'яўляецца гарачым катодам, які пры награванні выпраменьвае электроны. Гэтыя электроны паскараюцца электрычным полем паміж катодам і анодам і пачынаюць рухацца. Анод — гэта складаная структура з некалькімі рэзананснымі паражнінамі. Гэтыя паражніны з'яўляюцца ключавымі зонамі для генерацыі мікрахвалевай энергіі, а іх памер і форма ўплываюць на частату і магутнасць мікрахваляў.

Напрыклад, у магнетроне звычайнай бытавой мікрахвалевай печы анодныя рэзанансныя паражніны распрацаваны дакладна для генерацыі мікрахвалевай частаты каля 2450 МГц. Гэтая частата прымушае палярныя малекулы, такія як малекулы вады, вібраваць на высокіх частотах, тым самым награваючы ежу.

Сістэма магнітнага поля

Магнітнае поле з'яўляецца важным фактарам для нармальнай працы магнетрона. Магнітнае поле ствараецца пастаяннымі магнітамі або электрамагнітамі. Калі магнетрон працуе, кірунак магнітнага поля перпендыкулярны кірунку электроннай эмісіі. Электроны рухаюцца вярчальным рухам пад уздзеяннем магнітнага поля, што дазваляе ўзаемадзейнічаць паміж электронамі і рэзананснымі паражнінамі, тым самым узбуджаючы паражніны для стварэння мікрахваль.

Напрыклад, у прамысловых магнетронах высокай магутнасці моцнае магнітнае поле можа дакладна кантраляваць траекторыю руху электронаў, забяспечваючы больш эфектыўнае ўзаемадзеянне паміж электронамі і рэзананснымі паражнінамі. Гэта прыводзіць да генерацыі магутных мікрахваляў для прамысловых працэсаў, такіх як мікрахвалевы нагрэў і сушка.

Прынцып працы

Электронная эмісія і пачатковы рух

Калі катод награваецца да пэўнай тэмпературы, ён пачынае выпраменьваць электроны. Гэтыя электроны паскараюцца электрычным полем паміж катодам і анодам і рухаюцца да анода. У той жа час, з-за наяўнасці магнітнага поля, электроны падчас свайго руху адхіляюцца сілай Лорэнца.

Каб проста зразумець гэта, уявіце, што электроны рухаюцца па прамой лініі ў электрычным полі. Аднак магнітнае поле выступае ў якасці «правадыра», прымушаючы траекторыю электронаў выгінацца па спіралі.

Працэс генерацыі мікрахвалевай энергіі

Па меры руху электронаў паміж рэзананснымі паражнінамі анода яны пастаянна ўзаемадзейнічаюць з электрамагнітным полем паражнін. Энергія руху электронаў перадаецца паражнінам, у выніку чаго энергія электрамагнітнага поля ўнутры паражнін пастаянна павялічваецца, у рэшце рэшт утвараючы стабільнае мікрахвалевае ваганне.

Рэзанансныя паражніны дзейнічаюць як «ўзмацняльнік энергіі». Энергія руху электронаў назапашваецца ўнутры паражнін. Пры выкананні пэўных умоў генеруюцца мікрахвалі, якія выходзяць з выхаднога канца магнетрона (звычайна праз хваляводнае злучэнне). Затым гэтыя мікрахвалі выкарыстоўваюцца ў розных прымяненнях.

Галіны прымянення

Бытавая тэхніка – мікрахвалевыя печы

Магнетрон з'яўляецца ключавым кампанентам мікрахвалевых печаў. Ён генеруе мікрахвалі, якія могуць хутка награваць ежу. Мікрахвалі, якія ствараюцца магнетронам у мікрахвалевай печы, звычайна маюць частату 2450 МГц. Гэтая частата мікрахваляў можа эфектыўна прымушаць палярныя малекулы, такія як малекулы вады і тлушчу ў ежы, вібраваць на высокіх частотах. Трэнне паміж малекуламі генеруе цяпло, тым самым дасягаючы хуткага нагрэву.

Напрыклад, нагрэў кубка малака займае ўсяго некалькі хвілін, і малако можа дасягнуць патрэбнай тэмпературы для піцця. Больш за тое, мікрахвалевыя печы звычайна награваюць ежу адносна раўнамерна, што забяспечвае зручны і хуткі спосаб задавальнення штодзённых патрэб людзей у награванні ежы.

Прамысловае прымяненне

Мікрахвалевы нагрэў і сушка: У прамысловай вытворчасці мікрахвалевыя хвалі, якія генеруюцца магнетронамі, могуць выкарыстоўвацца для нагрэву і сушкі розных матэрыялаў. Напрыклад, у дрэваапрацоўчай прамысловасці мікрахвалевая сушка драўніны можа значна скараціць час сушкі, павысіць эфектыўнасць вытворчасці і паменшыць дэфармацыю і расколіны драўніны падчас працэсу сушкі. Пры сушэнні хімічнай сыравіны мікрахвалевы нагрэў можа дасягнуць хуткага і раўнамернага эфекту сушкі, паляпшаючы якасць прадукцыі.

Мікрахвалевая сувязь: У ранніх сістэмах мікрахвалевай сувязі магнетроны таксама гулялі пэўную ролю. Яны маглі служыць крыніцамі мікрахвалевых сігналаў, і мікрахвалевыя сігналы перадаваліся на прыёмны канец праз хваляводы і іншыя перадавальныя прылады для дасягнення сувязі на вялікія адлегласці. Аднак з развіццём паўправадніковых тэхналогій і іншых галін у мікрахвалевай сувязі ўсё часцей выкарыстоўваюцца іншыя тыпы крыніц мікрахвалевых хваль.

Радарныя сістэмы

Магнетроны таксама могуць выкарыстоўвацца ў якасці крыніц мікрахвалевага выпраменьвання ў некаторых простых радарных сістэмах. Яны могуць генераваць магутныя мікрахвалевыя імпульсы, якія выпраменьваюцца антэнамі. Калі гэтыя імпульсы сустракаюцца з мэтавымі аб'ектамі, яны адлюстроўваюцца назад. Прыёмная сістэма радара выяўляе адлюстраваныя мікрахвалевыя сігналы для вызначэння месцазнаходжання, хуткасці і іншай інфармацыі аб мэтавых аб'ектах.

Напрыклад, у некаторых дробных метэаралагічных радарах або сістэмах радыёлакацыйнага назірання малой далёкасці магнетроны могуць забяспечваць дастатковую магутнасць мікрахвалевага выпраменьвання для выканання функцый выяўлення цэляў.