Магнетрон

Құрылымы

Катод және анод жүйесі

Магнетронның негізгі компоненттері катод пен анод болып табылады. Катод әдетте қызған кезде электрондарды шығаратын ыстық катод болып табылады. Бұл электрондар катод пен анод арасындағы электр өрісінің әсерінен үдетіліп, қозғала бастайды. Анод бірнеше резонанстық қуыстары бар күрделі құрылым. Бұл қуыстар микротолқынды энергияны өндірудің негізгі аймақтары болып табылады және олардың мөлшері мен пішіні микротолқындардың жиілігі мен қуатына әсер етеді.

Мысалы, қарапайым тұрмыстық микротолқынды пеш магнетронында анодты резонанстық қуыстар шамамен 2450 МГц микротолқынды жиілікті генерациялау үшін дәл жасалған. Бұл жиілік су молекулалары сияқты полярлы молекулалардың жоғары жиілікте дірілдеуіне себеп болады, осылайша тағамды қыздырады.

Магниттік өріс жүйесі

Магнитронның қалыпты жұмыс істеуі үшін магнит өрісі маңызды фактор болып табылады. Магнит өрісін тұрақты магниттер немесе электромагниттер жасайды. Магнетрон жұмыс істеп тұрған кезде магнит өрісінің бағыты электронды сәуле шығару бағытына перпендикуляр болады. Электрондар магнит өрісінің әсерінен айналмалы қозғалыста қозғалады, бұл электрондар мен резонанстық қуыстар арасындағы өзара әрекеттесуді қамтамасыз етеді, осылайша қуыстарды қоздырады, микротолқындарды шығарады.

Мысалы, өнеркәсіптік жоғары қуатты магнетрондарда күшті магнит өрісі электрондар қозғалысының траекториясын дәл басқара алады, бұл электрондар мен резонанстық қуыстар арасындағы тиімдірек әрекеттесуді қамтамасыз етеді. Бұл микротолқынды пеште қыздыру және кептіру сияқты өнеркәсіптік процестерге арналған жоғары қуатты микротолқынды пештердің пайда болуына әкеледі.

Жұмыс принципі

Электрондардың эмиссиясы және бастапқы қозғалысы

Катодты белгілі бір температураға дейін қыздырғанда, ол электрондарды шығара бастайды. Бұл электрондар катод пен анод арасындағы электр өрісінің әсерінен үдетіліп, анодқа қарай жылжиды. Сонымен бірге магнит өрісінің болуына байланысты электрондар қозғалысы кезінде Лоренц күшімен ауытқиды.

Мұны қарапайым түсіну үшін электрондар электр өрісінде түзу сызықта қозғалады деп елестетіңіз. Дегенмен, магнит өрісі электрондардың траекториясының спиральды қозғалысқа иілуіне әкелетін «бағыттауыш» ретінде әрекет етеді.

Микротолқынды пеш құру процесі

Электрондар анодтық резонанстық қуыстар арасында қозғалған кезде, олар қуыстардың электромагниттік өрісімен үздіксіз әрекеттеседі. Электрондардың қозғалысының энергиясы қуыстарға беріліп, қуыстар ішіндегі электромагниттік өріс энергиясы үздіксіз артып, соңында тұрақты микротолқынды тербеліс пайда болады.

Резонанстық қуыстар «энергия күшейткіші» ретінде әрекет етеді. Электрондардың қозғалысының энергиясы қуыстар ішінде жинақталады. Белгілі бір шарттар орындалған кезде микротолқындар пайда болады және магнетронның шығыс ұшынан шығады (әдетте толқын өткізгіш қосылым). Содан кейін бұл микротолқындар әртүрлі қолданбаларда қолданылады.

Қолданба өрістері

Тұрмыстық техника – Микротолқынды пештер

Магнетрон микротолқынды пештердің негізгі құрамдас бөлігі болып табылады. Ол тағамды тез қыздыра алатын микротолқынды пештерді шығарады. Микротолқынды пеште магнетрон шығаратын микротолқындар әдетте 2450 МГц жиілікке ие. Микротолқындардың бұл жиілігі тағамдағы су және май молекулалары сияқты полярлы молекулалардың жоғары жиілікте дірілдеуін тиімді тудыруы мүмкін. Молекулалар арасындағы үйкеліс жылуды тудырады, осылайша жылдам қыздыруға қол жеткізеді.

Мысалы, бір кесе сүтті қыздыру бірнеше минутты алады, ал сүт қолайлы ішу температурасына жетуі мүмкін. Сонымен қатар, микротолқынды пештер тағамды салыстырмалы түрде біркелкі қыздырып, адамдардың тағамды жылытуға деген күнделікті қажеттіліктерін қанағаттандырудың ыңғайлы және жылдам әдісін қамтамасыз етеді.

Өнеркәсіптік қолданбалар

Микротолқынды пеште жылыту және кептіру: Өнеркәсіптік өндірісте магнетрондар шығаратын микротолқынды пештер әртүрлі материалдарды жылыту және кептіру үшін пайдаланылуы мүмкін. Мысалы, ағаш өңдеу өнеркәсібінде ағашты микротолқынды пеште кептіру кептіру уақытын едәуір қысқартуға, өндіріс тиімділігін арттыруға және кептіру процесінде ағаштың деформациясы мен жарылуын азайтуға мүмкіндік береді. Химиялық шикізатты кептіру үшін микротолқынды пеште қыздыру тез және біркелкі кептіру әсеріне қол жеткізуге, өнім сапасын жақсартуға мүмкіндік береді.

Микротолқынды байланыс: ерте микротолқынды байланыс жүйелерінде магнетрондар да рөл атқарды. Олар микротолқынды сигнал көзі ретінде қызмет ете алады, ал микротолқынды сигналдар алыс қашықтыққа байланысқа қол жеткізу үшін толқын өткізгіштер мен басқа да тасымалдау құрылғылары арқылы қабылдаушы жаққа жіберілді. Дегенмен, жартылай өткізгіштер технологиясының және басқа өрістердің дамуымен микротолқынды көздердің басқа түрлері қазіргі уақытта микротолқынды байланыста жиі қолданылады.

Радиолокациялық жүйелер

Магнетрондарды кейбір қарапайым радар жүйелерінде микротолқынды көздер ретінде де пайдалануға болады. Олар антенналар шығаратын жоғары қуатты микротолқынды импульстарды жасай алады. Бұл импульстар мақсатты нысандармен кездескенде, олар кері шағылысады. Радиолокациялық қабылдау жүйесі нысанды нысандардың орнын, жылдамдығын және басқа ақпаратты анықтау үшін шағылысқан микротолқынды сигналдарды анықтайды.

Мысалы, кейбір шағын ауқымды ауа райы радарларында немесе қысқа қашықтықтағы бақылау радар жүйелерінде магнетрондар мақсатты анықтау функцияларына қол жеткізу үшін жеткілікті микротолқын қуатын қамтамасыз ете алады.