Что такое магнетрон. Магнетрон: принцип работы, устройство и применение в микроволновых печах

Как устроен магнетрон в микроволновой печи. Каков принцип работы магнетрона. Для чего используется магнетрон в СВЧ-печи. Какова история создания магнетрона. Какие бывают виды магнетронов.

Что такое магнетрон и как он работает

Магнетрон представляет собой электронную лампу, генерирующую микроволновое излучение. Это ключевой компонент любой микроволновой печи. Принцип работы магнетрона основан на взаимодействии потока электронов с магнитным полем.

Основные элементы конструкции магнетрона:

• Катод (источник электронов)
• Анод (принимает электроны)
• Резонаторные полости в аноде
• Постоянные магниты
• Антенна для вывода СВЧ-энергии

При подаче высокого напряжения между катодом и анодом электроны начинают двигаться к аноду. Магнитное поле заставляет электроны двигаться по спиральной траектории. Пролетая мимо резонаторных полостей, электроны возбуждают в них колебания, генерируя СВЧ-излучение.

История создания и развития магнетронов

Первый магнетрон был разработан в 1910 году компанией Siemens. Однако настоящий прорыв произошел в 1940 году, когда британские физики Джон Рэндалл и Гарри Бут создали резонансный магнетрон, способный генерировать мощные импульсы в сантиметровом диапазоне.

Ключевые этапы в истории магнетронов:

• 1910 г. — создание первого магнетрона компанией Siemens
• 1921 г. — Альберт Халл предложил термин «магнетрон»
• 1940 г. — изобретение резонансного магнетрона Рэндаллом и Бутом
• 1945 г. — случайное открытие нагревающего эффекта магнетрона
• 1967 г. — создание первой бытовой микроволновой печи Amana Radarange

Применение магнетронов в различных областях

Хотя магнетроны наиболее известны как источник микроволн в бытовых СВЧ-печах, они находят применение и в других сферах:

• Радиолокационные системы
• Спутниковая связь
• Промышленный нагрев и сушка материалов
• Плазменные источники
• Ускорители частиц

В радиолокации магнетроны используются для генерации мощных импульсов СВЧ-излучения. В промышленности с их помощью осуществляют быстрый и равномерный нагрев различных материалов.

Устройство и принцип действия магнетрона в микроволновой печи

Магнетрон в бытовой СВЧ-печи имеет следующую конструкцию:

• Цилиндрический анод с резонаторными полостями
• Катод в центре анодного блока
• Постоянные магниты по бокам
• Антенна для вывода СВЧ-энергии
• Система охлаждения

Принцип действия магнетрона в микроволновке:

1. На катод и анод подается высокое напряжение
2. Электроны вылетают из катода к аноду
3. Магнитное поле искривляет траекторию электронов
4. Электроны возбуждают колебания в резонаторах анода
5. Генерируется СВЧ-излучение частотой 2,45 ГГц
6. Излучение через антенну поступает в камеру печи

Виды магнетронов и их характеристики

Существует несколько основных типов магнетронов:

• Цилиндрические магнетроны
• Коаксиальные магнетроны
• Магнетроны с пространственной гармоникой
• Магнетроны с оптическим катодом

Основные характеристики магнетронов:

• Рабочая частота (от 0,5 до 100 ГГц)
• Выходная мощность (от долей Вт до МВт)
• КПД (до 60-80%)
• Напряжение анода (2-50 кВ)
• Магнитная индукция (0,1-1 Тл)

В бытовых микроволновках обычно используются цилиндрические магнетроны мощностью 600-1200 Вт на частоте 2,45 ГГц.

Особенности эксплуатации и обслуживания магнетронов

При эксплуатации магнетронов в микроволновых печах следует учитывать следующие моменты:

• Нельзя включать пустую печь — это может повредить магнетрон
• Требуется периодическая очистка камеры от остатков пищи
• Срок службы магнетрона обычно составляет 5-7 лет
• При выходе из строя магнетрон подлежит полной замене
• Ремонт и замену должны выполнять только специалисты

Признаки неисправности магнетрона в СВЧ-печи:

• Отсутствие нагрева продуктов
• Искрение и посторонние звуки при работе
• Запах гари из печи
• Отключение печи через несколько секунд работы

Перспективы развития магнетронных технологий

Основные направления совершенствования магнетронов:

• Повышение КПД и выходной мощности
• Расширение частотного диапазона
• Уменьшение массогабаритных характеристик
• Увеличение срока службы
• Снижение уровня побочных излучений

Перспективные области применения магнетронных технологий:

• Беспроводная передача энергии
• Плазменные двигатели космических аппаратов
• Медицинские системы визуализации
• Системы связи терагерцового диапазона

Дальнейшее развитие магнетронов позволит создавать более эффективные и компактные устройства для генерации СВЧ-излучения в различных сферах науки и техники.

Магнетрон: устройство и принцип действия

Миллионы людей во всем мире ежедневно разогревают пищу в микроволновых печах, но при этом не задумываясь о том, как работает СВЧ-печь, а ведь это на самом деле интересно.
Кстати, первые микроволновые печи, вопреки расхожему мнению появились не в Германии, а в Америке. В Советском союзе они также выпускались с середины 80-х годов.

Как видно на рисунке, микроволновка устроено достаточно просто — в каждой модели есть дверца с защелками, лампа освещения камеры, поддон и тренога на которой вращается тарелка, панель управления и вентиляционные отверстия. А внутри агрегата скрывается конденсатор, трансформатор, волновод и самый главный элемент микроволновой печи — магнетрон. Вот об этом загадочном устройстве в этой статье мы поговорим подробнее.

Магнетрон — «сердце» микроволновой печи

Магнетрон переводится с греческого «магнит» и «электрон». Говоря простым языком, магнетрон — это мощная лампа, которая генерирует микроволны. Со школьного курса физики мы помним, что волна — это сочетание переменных магнитного и электрических полей. Любая пища содержит молекулы воды, а отрицательно и положительно заряженные частицы воды отлично проводят электричество, которое магнетрон преобразует в сверхчастотное электрическое поле, и греет пищу с помощью невидимых человеческому глазу волн.
Кстати, микроволны существуют и в природе — их испускает солнце.
Впервые термин появился почти 100 лет назад благодаря американскому ученому Асафу Холлу, но патент на изобретение магнетрона получил другой ученый только в 1924 году, и в дальнейшем ученые всего мира ломали головы как увеличить частоту колебания для генерации волн. Тут отлично сработали советские ученые, которые предложили использовать в его устройстве медь, что увеличило частоту колебаний вдвое.
С тех пор магнетрон успешно используется в радарах и радиолокационных приборах, и даже был очень полезен во времена Второй мировой войны. Но только через год после Победы магнетрон расплавил шоколад в кармане американского инженера, и именно таким случайным образом этот прибор начали использовать в быту, создав на его основе всем известную микроволновую печь. Правда первая в мире микроволновая печь весила более 300 кг и стоила 3 тысячи долларов.
 

Устройство магнетрона

Визуально магнетрон кажется не хитро устроенной деталью. Снаружи магнетрона возвышается колпачок антенны излучателя (№1 на рисунке). Внутри магнетрон состоит из двух кольцеобразных магнитов (№2), которые создают магнитное поле. Под №3 изображен радиатор, который избавляет устройство от излишков тепла. Под №4 — контакты, которые обеспечивают работу устройства. Изолятор (№5) защищает корпус от излучения, коробка фильтра (№6) защищает фильтр от внешнего воздействия. Корпус, изображенный под №7, делает устройство жестким, а значит, более защищенным. Сетка фильтра (№8) выполнена из медной проволоки, она не дает микроволнам покидать магнетрон, и обеспечивает контакт между магнетроном и печью. Изолятор (№9), соответственно изолирует устройство, а фланец, изображенный под №10 фиксирует магнетрон к корпусу печи.

Применение магнетрона в быту

Конечно магнетрон используемый для СВЧ-печей, работает несколько иначе, чем магнетрон в радиолокационных системах военных. И самое главное правило продления службы микроволновой печи — категорически нельзя включать пустую микроволновую печь. В противном случае может возникнуть искрение — микроволнам в таком случае некуда деться, и магнетрон может повредиться.
Скорость, при которой пища разогревается зависит исключительно от мощности магнетрона. Обычно она колеблется от 650 до 850 Вт. Чтобы проверить мощность, нужно закипятить в микроволновке стандартный стакан с водой, на это должно уйти от 2 до 3 минут.

Магнетрон распространяет радиацию?

Это один из самых распространенных мифов. В микроволновой печи попросту нет элементов, которые могут выделять радиацию, а микроволны заставляют молекулы усиленно «тереться», и за счет этого пища нагревается.
Микроволновых волн также не стоит бояться, хотя бы потому что любая микроволновая печь сконструирована так, чтобы защитить окружающих от них. Например, ни одна микроволновая печь не будет работать с открытой дверцей. В каком то количестве волны могут выходить наружу, но не дальше чем на расстояние 5 метров, а поэтому просто не стойте рядом с печью во время подогрева пищи. Питательные вещества из-за работы магнетрона также теряются не более, чем при любой другой термообработке.

Неисправности магнетронов

Магнетрон — это едва ли не главная деталь микроволновой печи, поэтому неудивительно, что когда он выходит из строя, хочется понять, подлежит запчасть ремонту или замене.
Сразу плохие новости — случаи поломки магнетрона, которые не подлежат ремонту. К ним относится обрыв нити накаливания, короткое замыкание, отсутствие генерации волн и нарушение вакуума.
Но бывают и такие неисправности магнетрона, которые можно устранить, например пробой конденсаторов, который определяется при выключенной внешней сети между магнетроном и корпусом с помощью тестера. Причиной такой поломки могут быть перепады напряжения в сети.
Также из-за того, что микроволновка долго работала «впустую» может заметно снизится мощность печи. В этом случае может помочь способ добавления напряжения на накал, если это позволяет конструкция вашей микроволновой печи.
Бывает, что в печи возникает СВЧ-разряд между антенной магнетрона и корпусом устройства. В такой ситуации нужно срочно заменить колпачок. Но учтите, что деталь должна быть идентичной сгоревшей.

Покупка магнетрона к СВЧ

Если магнетрон не подлежит ремонту, и вы решили его заменить, учтите, что он должен полностью соответствовать вышедшей из строя детали. Если вы собираетесь купить магнетрон самостоятельно, уточните его маркировку.
Кстати, при выборе магнетрона руководствуйтесь не столько маркой микроволновой печи, сколько мощностью детали.

Устройство и принцип работы магнетрона. Качественный ремонт микроволновых печей

Магнетрон [от греч. magnetis — магнит и электрон], в первоначальном и широком смысле слова — коаксиальный цилиндрический диод в магнитном поле, направленном по его оси; в электронной технике — генераторный электровакуумный прибор СВЧ, в котором взаимодействие электронов с электрической составляющей поля СВЧ происходит в пространстве, где постоянное магнитное поле перпендикулярно постоянному электрическому полю. Это мощный генератор электромагнитных волн сантиметрового диапазона. Принцип действия магнетрона основан на торможении электронов в скрещенных электрических и магнитных полях. Используется главным образом в устройствах радиолокации, а также в нагревательных установках сверхвысокой частоты (микроволновые печи).

Простыми словами, магнетрон — это мощная электронная лампа, генерирующая микроволны при взаимодействии потока электронов с магнитным полем. То есть, магнетрон создает микроволны и является обязательной составляющей всех микроволновых печей. Это, можно смело сказать — «сердце» микроволновой печи.

Термин «магнетрон» был предложен А. Халлом (A. Hull), который в 1921 году, впервые опубликовал результаты теоретических и экспериментальных исследований работы прибора в статическом режиме и предложил ряд конструкций магнетрона. Генерирование электромагнитных колебаний в дециметровом диапазоне волн посредством магнетрона открыл и запатентовал в 1924 чехословацкий физик А.

Жачек.

В 1940 британские физики Джон Рэндалл (John Randall) и Гарри Бут (Harry Boot) изобрели резонансный магнетрон. Новый магнетрон давал импульсы высокой мощности, что позволило разработать радар сантиметрового диапазона. Радар с короткой длиной волны позволял обнаруживать более мелкие объекты. Кроме того, компактный размер магнетрона привел к резкому уменьшению размеров радарной аппаратуры, что позволило устанавливать ее на самолетах. Начиная с 1960-х годов, магнетроны получили применение в СВЧ-печах для домашнего использования.

Магнетроны могут работать на различных частотах от 0,5 до 100 ГГц, с мощностями от нескольких Вт до десятков кВт в непрерывном режиме, и от 10 Вт до 5 МВт в импульсном режиме при длительностях импульсов главным образом от долей до десятков микросекунд. Магнетроны обладают высоким КПД (до 80 %), то есть, способны преобразовывать до 80% подводимой к ним электроэнергии в СВЧ-поле.

Магнетрон — это мощная электронная лампа, генерирующая микроволны при взаимодействии потока электронов с магнитным полем. Магнетроны как генераторы сверхвысоких частот широко используются в современной радиолокационной технике.

Основой магнетронов является анодный блок, который представляет собой толстостенный полый медный цилиндр, в стенках которого вырезаны полости, соединённые с центральным пространством щелями. Эти полости представляют собой кольцевую систему объёмных резонаторов. В центре анодного блока высверлено широкое круглое отверстие, через которое подключается источник питания посредством специальных выводов к катоду (подогреваемая нить накала), который проходит вдоль центральной оси анода. Вывод высокочастотных колебаний устанавливается в одном из резонаторов. Торцы цилиндра герметично закрыты медными крышками, а внутри обеспечивается вакуум высокой степени.

Эффективное охлаждение блока обеспечивается ребристыми радиаторами, расположенными на его поверхности.

Весь анодный блок устанавливается в сильное магнитное поле, которое создаётся постоянными магнитами. Между катодом и анодом устанавливается высокое электрическое напряжение, при этом положительный полюс прикладывается к аноду. Электроны, которые вылетают из катода под действием электрического поля, двигаются в радиальном направлении к аноду, однако под влиянием магнитного поля меняют траекторию движения. При определённых величинах магнитного и электрического полей удаётся добиться такого состояния, когда электроны, описывая окружность, в итоге пройдя рядом с анодом, вновь возвращаются на катод, а на анод попадает только незначительная часть вылетевших электронов. Большая часть их возвращается обратно в область катода.

При некоторых условиях динамического равновесия, возвращающиеся в область катода электроны заменяются вылетевшими вновь. Поскольку электроны постоянно перемещаются от катода к аноду, возле последнего рядом со щелями объёмных резонаторов устанавливается постоянно вращающийся заряд кольцеобразной формы. По мере движения по окружности центральной полости анодного блока электроны возбуждают в каждом резонаторе незатухающие высокочастотные колебания. Выводятся эти колебания посредством витка проводов, расположенного в полости одного из резонаторов, которые затем передаются в коаксиальную линию или волновод.

Ремонт и замена магнетронов в Харькове

Магнетрон микроволновки – основная деталь любой СВЧ-печи, представляющая собой специальную вакуумную лампу для излучения. Без этого устройства ни одна печь LG, Daewoo, Panasonic или Самсунг не будет успешно работать. По данной причине владельцу микроволновой печи приходится внимательно изучать видео и практические рекомендации для самостоятельной проверки работоспособности вакуумной лампы и последующего ремонта или обращаться в сервисный центр для ее замены. Качественный магнетрон для микроволновки всегда выполняется по специальной схеме. От этого во многом зависит, насколько успешно будет работать СВЧ-печь.

Самые распространённые поломки магнетронов это:

— обрыв нити накала;
— потеря эмиссии;
— пробой проходных конденсаторов фильтра;
— падение питающего напряжения.

Чтобы самому приобрести магнетрон для домашней микроволновой печи, необходимо изучить и разобраться в маркировке, выяснить, какие бывают их виды, и их параметры. Для разных моделей микроволновок можно устанавливать магнетрон других фирм изготовления. Главное, чтобы он подходил по мощности, в настоящее время не проблема приобрести его в торговой сети. Исключение составляют модели, которые уже сняты с производства.

Однако, даже если вы разобрались в устройстве микроволновки, то не рекомендуется заниматься заменой деталей в домашних условиях, так как этим должны заниматься квалифицированные специалисты, способные обеспечить безопасную работу устройства. К тому же, сделать это самостоятельно будет довольно проблематично.

Ремонт магнетрона микроволновки рекомендуется доверять только квалифицированным специалистам!

По вопросам ремонта или замены магнетрона звоните нам по телефонам:

+38 (095) 071-73-14
+38 (097) 461-55-80

 

Магнетрон: устройство и принцип работы

На странице Клистрон: устройство и принцип работы этого раздела описан клистрон — специальный электроннолучевой прибор, служащий для генерирования сверхвысоких частот. Его работа основана на принципе фазового фокусирования электронного потока.
Область применения клистронов в наше время не очень велика: это УКВ — и телевизионные передатчики, радиолокаторы, устройства спутниковой связи. Их изготавливают в незначительных количествах. Но есть тип мощных СВЧ-приборов, которые применяются в тех же областях где и клистроны. Это магнетроны. И они являются так же главной деталью микроволновых печей, а их ежегодный выпуск достигает десятки миллионов.
В помещаемой ниже статье «Что такое магнетрон» автора А.И. Иоффе из журнала «Радио» за … 1946 год (!) рассматривается принцип работы и описание устройства другого специального электронного прибора — магнетрона, используемого также для генерирования сверхвысоких частот. Конструкция рассматриваемого магнетрона несколько отличается от современных, но принцип работы не изменился.

Для получения дециметровых и сантиметровых волн в настоящее время широко применяются передатчики с магнетронами. Схемы с магнетронами дают возможность получать электромагнитные волны длиною до нескольких сантиметров при мощности колебаний от долей ватта до сотен киловатт (см.фото).
Магнетрон — это электронная лампа с двумя рабочими электродами: анодом и катодом. Управление электронным потоком осуществляется в нем не электрическим полем, как в обычной электронной лампе с управляющей сеткой, а магнитным полем.
Электрическая схема простейшего магнетрона представлена на рис. 1.
Из рисунка видно, что магнетронная лампа имеет цилиндрический анод, внутри которого расположен прямолинейный катод. Снаружи лампы устанавливается катушка электромагнита таким образом, чтобы силовые линии ее магнитного поля были параллельны осям катода и анода.
Возбуждение электрических колебаний устройством может быть представлено так: с катода, накаливаемого специальным источником постоянного или переменного тока, вылетают электроны. Под влиянием ускоряющего анодного поля, находящегося под положительным потенциалом, электроны направляются к аноду. При отсутствии постороннего магнитного поля электроны, вылетающие с катода, беспрепятственно достигают анода. В этом случае электроны летят прямолинейно по радиусам (рис.2, а).
При прохождении тока через катушку электромагнита появляется магнитное поле. Пути электронов под влиянием магнитного поля искривляются. Чем сильнее магнитное поле, тем больше искривляются пути летящих электронов (рис. 2б и 2в). При дальнейшем усилении магнитного поля, достигаемого увеличением тока, протекающего по катушке электромагнита, пути или траектории электронов настолько сильно искривляются, что электроны, не долетая до анода, возвращаются на катод (рис.2г). В этом случае прохождение анодного тока прекращается.
Таким образом электрон, вылетающий с катода, попадает на анод по сложному, криволинейному пути. Время, в течение которого электрон проходит этот путь, сравнимо с периодом колебаний.
Это имеет существенное значение, так как при определенных величинах магнитного поля и анодного напряжения возникают колебания сверхвысокой частоты, период которых сравним с временем пробега электрона к аноду.
Частота таких колебаний зависит от величин, напряженности магнитного поля H и анодного напряжения Ua и от диаметра анода. Меняя напряженность магнитного поля и Ua, можно в известных пределах изменить длину волны и мощность генерируемых колебаний. Следует помнить, что для возбуждения колебаний не обязательно иметь регулируемое по величине магнитное поле, а, определив его наивыгоднейшую для данного случая величину, сделать его постоянным. Это дает возможность применять вместо электромагнитов постоянные магниты.
Мы рассмотрели здесь простейший тип магнетронной лампы со сплошным анодом. Для облегчения возникновения колебаний аноды обычно разрезаются вдоль оси на отдельные сегменты.
Применяются магнетроны с двумя, четырьмя, шестью, восемью и более сегментами. При этом число сегментов обычно берется четное, хотя принципиально магнетронная лампа может работать и при нечетном числе сегментов. Схематическое изображение магнетронов с 2, 4 и 6 сегментами приведено на рис.3.
Отдельные сегменты соединяются в параллель, при этом получаются два вывода для присоединения колебательного контура; последний выполняется в виде удлиненной дуги из проволоки или шинки красной меди; концы дуги подсоединяются к выводам сегментов анода. Анодное напряжение подается к средней точке дуги. Для изменения длины волны параллельно концам дуги присоединяется конденсатор переменной емкости. Антенна (например, полуволновый диполь) связывается с колебательным контуром индуктивно симметричной фидерной линией или высокочастотным кабелем.
Такая конструкция дает возможность отнести антенну от колебательного контура и поднять ее над передатчиком для получения большей дальности действия. Принципиальная схема передатчика дециметровых волн с 4-сегментным магнетроном приведена на рис.4.
Для более коротких волн часто применяется емкостная связь самой лампы с колебательным контуром. В магнетронную стеклянную колбу помешается настроенная система Лехера, включенная на сегменты анода.
Система Лехера выполняется из тонких пластинок (длиной 3/4 длины волны), идущих параллельно друг другу и коротко замкнутых на противоположном конце мостиком.
Такая конструкция дает возможность осуществить емкостную связь с внешним колебательным контуром и увеличивает площадь охлаждения анода. Внешний колебательный контур выполняется в виде дуги из проволоки с пластинками на концах. Пластинки накладываются на стеклянную колбу лампы, чем и достигается емкостная связь между внешним и внутренним контурами. Если длина дуги от сгиба до пластинки равна одной четверти длины волны (λ/4), тогда на сгибе получается узел напряжения и пучность тока. Возможно применение дуги контура с длиной, равной ¾λ; в этом случае на сгибе также получается узел напряжения и пучность тока, а на расстоянии λ/2 от концов дуги получается пучность напряжения. В эти точки присоединяются полуволновые вибраторы антенны. Схема такого передатчика указана на рис.5. В зависимости от назначения схемы применяются различные колебательные контуры и типы магнетронов.
В настоящее время применяются магнетроны, рассчитанные на волны длиной от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров при колебательной мощности от десятых долей ватта до тысячи киловатт. Говоря о мощности в сотни или тысячу киловатт, следует помнить при этом, что эта мощность мгновенная в импульсе, длящемся не более нескольких миллионных долей секунды.
Магнетроны для больших мощностей требуют применения особых мер для отвода анодного тепла. В зависимости от мощности и конструктивного выполнения магнетронных ламп применяется или водяное или воздушное охлаждение. Лампы небольшой мощности имеют воздушное охлаждение. Для увеличения площади охлаждения у некоторых типов магнетронов на сегментах анода устанавливаются ребра.
На режим работы магнетрона оказывает большое влияние режим питания, т. е. анодного и накального напряжений и напряженность магнитного поля. Как правило, при повышении Ua увеличивается и частота колебаний, следовательно, длина волны уменьшается. Увеличение напряжения накала повышает ток эмиссии и влечет за собой уменьшение частоты колебаний, т.е. этим вызывает увеличение длины волны.
Регулировка напряженности магнитного поля дает такие же результаты, как изменение Ua, т. е. с возрастанием напряженности укорачивается длина волны. Влияние анодного и накального напряжений, а также величины напряженности магнитного поля имеют очень большое значение для работы магнетрона, они должны постоянно приниматься во внимание.
Коэффициент полезного действия магнетрона значительно ниже, чем у обычного электронного генератора; в зависимости от характера колебаний и длины волны он может составлять от 6 до 35 %.
Чтобы предотвратить уход частоты в магнетронном генераторе от колебаний напряжения в питающей сети, магнетронные генераторы должны работать только со стабилизаторами напряжения сети.
Стабильность должна быть достаточно высокой, чтобы изменение частоты передатчика не выходило за пределы допустимой ширины полосы настройки приемника. Так как обычно в передатчиках работают магнетроны с постоянными магнитами, то стабилизировать нужно анодное и накальное напряжение. В качестве стабилизатора может быть применен любой из известных типов стабилизаторов, дающий постоянство напряжения, равное 0,5% от номинального, при изменении напряжения сети в пределах от — 20% до + 10%.
В цепь анода включается омическое сопротивление в 3 — 10 Ом . Сопротивление предохраняет лампу от значительных бросков тока. Значительное влияние Ua на частоту колебаний магнетрона позволяет очень легко и просто осуществить частотную телефонную модуляцию. Действительно, если к постоянному Ua приложить некоторое дополнительное напряжение звуковой частоты, то это вызовет изменение частоты, возбуждаемой магнетронной лампой (рис. 6).
Таким образом, можно легко модулировать по частоте и осуществить не только телефонную передачу, но даже высококачественную передачу музыки и телевидения. Крайняя простота получения частотной модуляции для телефонных передатчиков дециметровых и сантиметровых волн на магнетронах обусловила их исключительно широкое применение.

Cледующая >>

Вверх

Магнетронная микроволновая печь: 5 полных кратких фактов

Вопросы для обсуждения: магнетронная микроволновая печь

• Введение в магнетронную микроволновую печь
• Краткая история магнетронного микроволнового излучения
• Применение магнетрона
• Строительство магнетрона
• Работа внутри магнетрона
• Проблемы со здоровьем от магнетронов

Введение в магнитную микроволновую печь | Что такое магнетрон?

Магнетрон — это разновидность СВЧ-трубки. Прежде чем обсуждать магнетрон и связанные с ним темы, давайте выясним некоторые основные определения.

Микроволновые трубки: Микроволновые трубки — это устройства, которые генерируют микроволны. Это электронные пушки, производящие линейные лучевые трубки.

Теперь определение магнетрона дается как —

Магнетрон: Магнетрон — это разновидность вакуумной лампы, которая генерирует сигналы микроволнового диапазона частот с помощью взаимодействия магнитного поля и электронных лучей.

Магнетронная трубка потребляет большую мощность, а ее частота зависит от физического размера полостей трубок. Существует основное различие между магнетроном и другими типами микроволновых ламп. Магнетрон работает только как осциллятор, но не усилитель, а клистрон (микроволновая лампа) может работать как усилитель и генератор.

Типичная магнетронная микроволновая печь, Изображение предоставлено: Домашняя страница труда HCRS, Магнетрон1, CC BY-SA 2.0 AT

Краткая история магнетронного микроволнового излучения

Корпорация Сименс разработала самый первый магнетрон в 1910 году под руководством ученого Ханса Гердиена. Швейцарский физик Генрих Грайнахер обнаружил идею движения электронов в скрещенном электрическом и магнитном поле из своих неудачных экспериментов по вычислению массы электронов. Он разработал математическую модель примерно в 1912 году.

В Соединенных Штатах Альберт Халл начал работать над управлением движением электронов с помощью магнитного поля, а не обычного электростатического поля. Эксперимент был инициирован в обход патента на «триод» Western’s Electric.

Халл разработал устройство, почти похожее на магнетрон, но оно не имело намерения генерировать сигналы микроволнового диапазона. Чешский физик Август Жачек и немецкий физик Эрих Хабанн независимо друг от друга обнаружили, что магнетрон может генерировать сигналы с частотами микроволнового диапазона.

Изобретение и возросшая популярность RADAR увеличила спрос на устройства, которые могут производить микроволны на более коротких длинах волн.

В 1940 году сэр Джон Рэндалл и Гарри Бут из Бирмингемского университета разработали рабочий прототип резонаторного магнетрона. Вначале устройство выдавало мощность около 400 Вт. Дальнейшие разработки, такие как водяное охлаждение и ряд других усовершенствований, увеличили производимую мощность с 400 Вт до 1 кВт, а затем до 25 кВт.

Возникла проблема, связанная с нестабильностью частоты в магнетроне, разработанном британскими учеными. В 1941 году Джеймс Сэйерс решил эту проблему.

Магнетрон с резонатором, разработанный сэром Джоном Рэндаллом и Гарри Бутом из Университета Бирмингема, Magnetron Microwave, Изображение предоставлено: Электрик Фанне, R&B Магнетрон, CC BY-SA 4.0

Применение магнетрона

Магнетрон — полезное устройство, имеющее несколько применений в различных областях. Обсудим некоторые из них.

• Магнетроны в радаре: Использование магнетрона для радара, используемого для генерации коротких импульсов мощных микроволновых частот. Волновод магнетрона присоединяется к любой из антенн внутри радара.
  • Есть несколько факторов, влияющих на магнетрон, которые усложняют работу радара. Одна из них — проблема нестабильности частоты. Этот фактор порождает проблему частотных сдвигов.
  • Вторая характеристика заключается в том, что магнетрон генерирует сигналы с мощностью более широкой полосы пропускания. Таким образом, приемник должен иметь более широкую полосу пропускания, чтобы принимать их. Теперь, имея более широкую полосу пропускания, приемник также получает нежелательный шум.

Ранний коммерческий радар для аэропортов, Magnetron Microwave, Автор изображения: Неизвестный автор Неизвестный автор, Сборка магнетронной РЛС 1947 г., помечено как общественное достояние, подробнее на Wikimedia Commons

• Магнетронный нагрев | Магнетронные микроволновые печи: Магнетроны используются для генерации микроволн, которые в дальнейшем используются для нагрева. Внутри микроволновой печи сначала магнетрон производит микроволновые сигналы. Затем волновод передает сигналы на прозрачный радиочастотный порт в камеру для пищевых продуктов. Камера имеет фиксированный размер и также близка к магнетрону. Вот почему паттерны стоячих волн рандомизируются вращающимся двигателем, который вращает пищу внутри камеры.

Микроволновая печь, Магнетронные микроволновые печи, Изображение предоставлено: Первоначальный загрузчик был 吉恩 at Китайская википедия., Вейболу, CC BY-SA 3.0

• Магнетронное освещение: Существует множество устройств, которые загораются с помощью возбуждения магнетрона. Такие устройства, как серная лампа, являются ярким примером такого света. Внутри устройств магнетрон генерирует микроволновое поле, которое переносится по волноводу. Затем сигнал проходит через светоизлучающий резонатор. Эти типы устройств сложны. В настоящее время они не используются вместо более поверхностных элементов, таких как нитрид галлия (GaN) или HEMT.

Строительство магнетрона

В этом разделе мы обсудим физическую конструкцию и компоненты магнетрона.

Магнетрон сгруппирован как диод, поскольку он развернут на сетке. Анод магнетрона установлен в блок цилиндрической формы, сделанный из меди. В центре трубки находятся нити с нитью накала и катод — выводы с нитью помогают удерживать катод и нить накала, прикрепленные к ней в центре. Катод изготовлен из высокоэмиссионного материала и нагревается для работы.

Магнетрон с его частями, Magnetron Microwave, Изображение предоставлено: Домашняя страница труда HCRS, Магнетрон2, CC BY-SA 2.0 AT

Трубка имеет от 8 до 20 резонансных полостей, которые представляют собой цилиндрические отверстия по окружности. Внутренняя структура разделена на несколько частей: количество полостей, имеющихся в трубке. Разделение трубки осуществляется узкими прорезями, соединяющими полости с центром.

Каждая полость функционирует как параллельный резонансный контур где дальней стенка анодного медного блока работает как индуктор. Область вершины лопасти считается конденсатором. Теперь резонансная частота контура зависит от физических размеров контура резонатора.  

Очевидно, что если резонансная полость начинает колебаться, она возбуждает другие резонансные полости, и они тоже начинают колебаться. Но есть одно свойство, которому следует каждая полость. Если резонатор начинает колебаться, следующий резонатор начинает колебаться с задержкой по фазе на 180 градусов. Это касается любой полости. Теперь серия колебаний создает самодостаточную замедляющую структуру. Вот почему этот тип конструкции магнетрона также известен как «Магнетрон бегущей волны с несколькими резонаторами».

Центральный катод в середине микроволнового магнетрона, Изображение предоставлено: Пингу — шумерский, Сечение магнетрона поперечно оси, CC BY-SA 3.0

Катод поставляет электроны, необходимые для механизма передачи энергии. Как упоминалось ранее, катод находится в центре трубки, дополнительно закрепленный проводами накала. Между катодом и анодом есть особое открытое пространство, которое необходимо поддерживать; в противном случае это вызовет неисправность устройства.

Доступны четыре типа расположения резонаторов. Они есть —

• Щелевой тип
• Лопастной
• Тип восходящего солнца
• Тип отверстия и паза

Работа магнетронной СВЧ

Магнетрон проходит несколько фаз для генерации сигналов микроволнового диапазона частот. Фазы перечислены ниже.

• Фаза 1: Генерация и ускорение электронного пучка
• Фаза 2: Контроль скорости и изменения электронного луча.
• Фаза 3: Генерация «Колеса космического заряда»
• Фаза 4: Преобразование энергии

Хотя название фаз достаточно показательно, чтобы мы могли обсудить инциденты, они происходят на каждой фазе.

Фаза 1: Генерация и ускорение электронного луча

Катод внутри резонатора имеет отрицательную полярность напряжения. Анод удерживается в радиальном направлении от катода. Теперь косвенный нагрев катода вызывает поток электронов к аноду. Во время генерации в полости отсутствует магнитное поле. Но после генерации электрона слабое магнитное поле искривляет путь электронов. Путь электрона резко изгибается при дальнейшем увеличении напряженности магнитного поля. Теперь, если скорость электронов увеличится, изгиб снова станет более резким.

Фаза 2: Контроль скорости и изменения электронного луча

Эта фаза происходит внутри переменного поля резонатора. Поле переменного тока расположено от соседних сегментов анода до катодной области. Это поле ускоряет поток электронного луча, который течет к анодным сегментам. Электроны, которые текут к сегментам, замедляются.

Фаза 3: Создание «колеса космической зарядки»

Потоки электронов в двух разных направлениях с разными скоростями вызывают движение, известное как «колесо пространственного заряда». Это помогает увеличить концентрацию электронов, что дополнительно обеспечивает мощность, достаточную для радиочастотных колебаний.

Фаза 4: Преобразование энергии

Теперь, после генерации электронного пучка и его ускорения, поле приобретает энергии. Электроны также передают часть энергии полю. Двигаясь от катода, электроны распределяют энергию в каждой полости, через которую проходят. Потеря энергии вызывает снижение скорости и, в конечном итоге, замедление. Теперь это происходит несколько раз. Высвобождаемая энергия эффективно используется, и достигается КПД до 80%.

Проблемы со здоровьем от магнетронной микроволновой печи

Магнетронная микроволновая печь генерирует микроволновые сигналы, которые могут вызывать проблемы с человеческим телом. Нить накала некоторых магнетронов состоит из тория, который является радиоактивным элементом и вреден для человека. Такие элементы, как оксиды бериллия и керамические изоляторы, также опасны при раздавливании и вдыхании. Это может повлиять на легкие.

Также существует вероятность повреждения от перегрева микроволновых печей с магнетроном. Магнетроны требуют высоких напряжение питания запасы. Таким образом, существует вероятность поражения электрическим током.

Магнетрон в микроволновке — ServiceYard-уют вашего дома в Ваших руках.

• Принцип работы микроволновой печи
• Что такое магнетрон?
• Термореле — для чего оно необходимо?
• Вентилятор СВЧ-печи
• Система блокирования и защиты микроволновой печи
• Блок управления
• Возможные поломки магнетрона
• Проверка магнетрона
• Видеоматериал

Эта статья посвящена такому непростому вопросу, как самостоятельный ремонт микроволновой печи, а именно — диагностике и замене магнетрона. К сожалению, любая, даже самая надежная, техника рано или поздно выходит из строя. Микроволновая печь не является исключением из этого правила. Нередко можно наблюдать, как микроволновка медленно греет или вовсе перестает разогревать пищу, несмотря на то, что никаких видимых признаков поломки нет. Включение срабатывает, вентилятор функционирует, тарелка вращается. Примерно 90% поломок приходится на магнетрон в микроволновке.

к содержанию ↑

Принцип работы микроволновой печи

Разогрев пищи, помещенной в микроволновку, происходит за счет воздействия на нее дециметрового электромагнитного излучения.

Важно! Частота электромагнитных волн, используемых в бытовых приборах, составляет 2450 МГц.

Радиоволны сверхвысокой частоты, воздействуя на полярные молекулы продукта (это, преимущественно, вода), “выстраивают” их вдоль силовых линий магнитного поля. Это и приводит к повышению температуры продукта. Волны сверхвысокой частоты разогревают воду, а она, в свою очередь, прогревает весь продукт.

к содержанию ↑

Что такое магнетрон?

Магнетрон — это устройство, которое генерирует радиоволны необходимой частоты. Устройство магнетрона микроволновой печи представляет собой электровакуумный диод:

1. Главная его часть — анод цилиндрической формы, изготовленный из меди, разделенный на 10 секторов с такими же медными стенками.
2. В центральной части магнетрона расположен катод с размещенной внутри нитью накаливания. Назначение его — эмиссия электронов.
3. В торцевых частях магнетрона размещены магниты кольцевого типа большой мощности. Они создают внутри магнетрона магнитное поле, которое необходимо для генерирования излучения сверхвысокой частоты. Напряжение, прилагаемое к аноду, составляет 4 тыс. Вольт, а к нити накала — 3 Вольта.
4. Энергия снимается проволочной петлей, которая соединена с катодом и выведена к антенне-излучателю. Излучения СВЧ попадают с антенны в волновод, а от него непосредственно в камеру печи.

Важно! В процессе работы магнетрона выделяется большое количество теплоты. Корпус устройства размещен в пластинчатом радиаторе, который обдувается воздухом от встроенного вентилятора. Перегрев магнетрона  в микроволновке чреват его выходом из строя, поэтому он оснащается защитным устройством — термопредохранителем.

Разберемся с назначением этих деталей подробнее.

к содержанию ↑

Термореле — для чего оно необходимо?

Продолжаем разбираться с вопросом, из чего состоит микроволновка. Термореле или термопредохранитель предназначен для защиты магнетрона от перегревания, а также для защиты гриля, которым оснащены многие модели микроволновых печей. Термореле рассчитаны на различные номиналы температур.

Настройка реле на определенное значение температуры осуществляется при помощи биметаллической пластины.

Важно! Если температурный порог превышен, происходит изгибание пластины с последующим размыканием контактов. Микроволновка оказывается отключенной от питания. Когда пластина остывает, ее геометрия восстанавливается, и контакты вновь замыкаются.

к содержанию ↑

Вентилятор СВЧ-печи

Вентилятор — одна из важнейших частей микроволновой печи. Функции его следующие:

• Обдувая магнетрон в микроволновке, вентилятор препятствует его перегреванию и обеспечивает нормальное его функционирование.
• Все детали, которые входят в электронную схему СВЧ-печи, требуют охлаждения.
• Вентилятор охлаждает систему “гриль”.

Важно! При приготовлении пищи в микроволновке происходит выделение большого количества теплоты и пара. За счет небольшого избыточного давления, создаваемого вентилятором, водяной пар и разогретый воздух выходят наружу через специальные отверстия для вентиляции.

к содержанию ↑

Система блокирования и защиты микроволновой печи

Само по себе СВЧ-излучение настолько мощное, что без определенных мер предосторожности может нанести вред всему живому. Поэтому микроволновая печь оснащена экранированной рабочей камерой, изготовленной из металла, которая препятствует выходу излучения наружу.

Стекло, из которого выполнена дверца, закрыто металлической сеткой, не пропускающей излучение, которое генерирует магнетрон в микроволновк. Кроме того, важно, чтобы зазор между дверцей микроволновки и корпусом сохранял свой размер. Печь устроена так, что именно в месте прилегания дверцы к корпусу электромагнитная волна имеет нулевое значение.

Важно! Чтобы не допустить включения устройства, когда дверца открыта, имеется система микропереключателей, которые контролируют положение дверцы. Число таких переключателей не меньше 3: для выключения магнетрона, включения подсветки и для “информирования” блока управления о том, в каком положении находится дверца.

к содержанию ↑

Блок управления

Это — своеобразный “мозг” устройства. Он выполняет 2 задачи:

1. Отключение прибора по окончании времени, которое было задано.
2. Поддержание заданного значения мощности устройства.

Современные модели “микроволновок” оснащены такими опциями:

• Встроенные часы.
• Индикатор уровня мощности.
• Возможность регулирования мощности посредством клавиатуры.
• Набор программ по приготовлению блюд и размораживанию продуктов.
• Звуковой сигнал об окончании работы программы.

Кроме того, блок управления руководит конвекцией, верхним и нижним грилями.

к содержанию ↑

Возможные поломки магнетрона

Проверка магнетрона — занятие бессмысленное без базовых знаний о его возможных неисправностях.

Важно! Ошибка многих «умельцев», пытающихся отремонтировать микроволновку самостоятельно, является полное удаление проходного трансформатора. Делать это категорически запрещено, поскольку может спровоцировать неисправность трансформатора и загорание прибора.

Приведем обзор вероятных неисправностей магнетрона в микроволновке и их причин:

• Колпачок. Он предназначен для защиты вакуумной трубки. Заменить его довольно просто: сгодится исправный колпачок от любого магнетрона. Причина проста: все колпачки имеют одинаковые посадочные места.
• Развакуумирование магнетрона от перегревания.
• Обрыв нити накаливания. Причиной этой неисправности является перегревание магнетрона. Включение печи с пустой камерой или ее неправильная загрузка могут вызвать “самонакаливание” нити. Диагностировать поломку можно, измерив сопротивление между ножками конденсатора. В норме его значение составляет от 5 до 7 Ом.
• Пробой проходного конденсатора. Эта неисправность диагностируется при помощи тестера. В норме величина сопротивления между контактами конденсатора и корпусом бесконечно велика.

Важно! Для самостоятельной замены конденсатора обычный припой не годится. Необходимо использовать тугоплавкий припой или устройство компактной контактной сварки.

Единственная неисправность магнетрона, которую в домашних условиях проверить нельзя, — это нарушение вакуума. Для этого нужно специальное оборудование.

к содержанию ↑

Проверка магнетрона

Стоимость этого устройства довольно значительная, поэтому необходимо убедиться, что причина неисправности именно в нем. Итак, как проверить магнетрон в микроволновке? Алгоритм действий следующий:

1. Отключите печь от питающей сети.
2. Откройте крышку и внимательно осмотрите внутреннюю часть устройства на предмет наличия видимых неисправностей (обгорания, оплавления и другие неисправности, которые заметны сразу).
3. На следующем этапе воспользуйтесь такими измерительными приборами — тестером или мультиметром. Проверку необходимо начать с основной печатной платы. Выпаивать детали не нужно, можно “прозванивать” и в собранном виде.
4. Обратите внимание на состояние термопредохранителя.

Важно! Конечно, идеальный вариант — проверка магнетрона на специальном стенде, но это может сделать только специалист. В домашних условиях это затруднительно.

Если все элементы цепи питания находятся в исправном состоянии, то проблема именно в магнетроне. Придется покупать новый. Установить эту запчасть на микроволновку можно без особого труда.

Может быть и так, что оригинала в продаже не окажется, поэтому придется задуматься над покупкой аналога. Подбирая аналог магнетрона, нужно обратить внимание на следующие моменты:

• Мощность.
• Расположение разъема контактов.
• Крепежные отверстия.

Важно! При ремонте СВЧ имеет смысл сразу потратить время и на то, чтобы привести ее в порядок с точки зрения гигиены. Для этого воспользуйтесь нашими способами, которые помогут вам за считанные минуты полностью почистить микроволновку от жира и грязи.

к содержанию ↑

Видеоматериал

Известно, что любую болезнь лучше предупредить, чем лечить. Поэтому правильная эксплуатация микроволновой печи — лучшая профилактика от возможных неисправностей.

Разрушение колпачка магнетрона в СВЧ печи

Микроволновая печь является достаточно сложным бытовым прибором, требующим строгого соблюдения правил эксплуатации. Выход из строя устройства чаще всего происходит при ошибках его использования, отсутствии правильного обслуживания или физическом износе.

Как работает микроволновая печь?

Нагревание продуктов в микроволновой печи происходит благодаря воздействию токов сверхвысокой частоты. Основными элементами устройства являются камера для нагрева продуктов, магнетрон, волновод, трансформатор и блок управления. Трансформатор преобразует напряжение сети до величины, подаваемой на вход магнетрона. Магнетрон вырабатывает СВЧ – излучение, передающееся по волноводу в рабочую камеру прибора. Под его воздействием дипольные молекулы, находящиеся в продуктах, выстраиваются в определенном порядке. Если до этого молекулы находились в хаотическом состоянии, то под воздействием СВЧ положительные направляются в одну сторону, отрицательные – в другую.

При смене полярности, молекулы разворачиваются на 180 градусов. Учитывая, что смена поля происходит дважды за период одной волны, молекулы начинают интенсивно тереться друг о друга, повышая температуру продукта. И, хотя волны проникают в продукт на ограниченную глубину – не более 3 см, постепенно тепловая энергия передается всему объему продукта.

Что такое магнетрон

Магнетрон — генераторный электровакуумный прибор СВЧ. По сути, это мощная электронная лампа, генерирующая микроволны при взаимодействии потока электронов с магнитным полем. Основой магнетрона является анодный блок, выполненный в виде полого медного цилиндра с толстыми стенками. В них вырезаны полости, соединенные с внутренним пространством щелями. Эти полости образуют кольцевую систему объемных резонаторов. В центре анодного блока выполнено круглое отверстие, через него по специальным выводам подключается источник питания к катоду – подогреваемой нити накала. Катод проходит вдоль центральной оси анода. Вывод высокочастотных колебаний установлен в одним из резонаторов. На торцах цилиндра установлены медные крышки, обеспечивающие герметичное соединение, внутри – вакуум высокой степени. Охлаждение блока обеспечивают ребристые радиаторы, расположенные на его поверхности. В работе магнетрона используется явление термоэлектронной эмиссии. Анодный блок установлен в магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами. Они расположены в торцевых частях прибора.

Когда на анод подается напряжение, создается электрическое поле, под действием которого электроны вылетают из катода и двигаются в радиальном направлении к аноду. Под влиянием магнитного поля электроны меняют направление движения. Описывая окружность, часть их возвращается на катод. В результате постоянного перемещения электронов от катода к аноду, возле него рядом со щелями объемных резонаторов образуется заряд кольцеобразной формы. Двигаясь по окружности внутри анодного блока, электроны возбуждают в каждом резонаторе незатухающие высокочастотные колебания. Они выводятся наружу с помощью проволочной петли, подключенной к антенне – излучателю и затем передаются в волновод. На антенне производители СВЧ предусмотрели колпачок, служащий для придания формы излучению. В зависимости от модели печи колпачки имеют отверстия разной формы.

Разрушение колпачка. Причины

Чаще всего причиной выхода из строя колпачка является запачканная слюда, находящаяся на одной из боковых стенок микроволновки. Она защищает комплектующие элементы от брызг воды, жировых капель. Если пластина сильно загрязнена, то она плохо пропускает излучающиеся микроволны. Они начинают нагревать магнетрон, антенну. В результате колпачок может прогореть.

В микроволновых печах с большим сроком эксплуатации алюминиевый корпус колпачка может со временем не выдержать нагрузок и разрушиться под действием СВЧ волн. Признаками данной проблемы будут появляющиеся шум и искры в процессе работы прибора.

Варианты ремонта

Колпачок – это блокирующая индуктивность или антенна. При поврежденном колпачке СВЧ будет работать. Но, при этом часть энергии из магнетрона будет отражаться обратно. При этом магнетрон будет нагреваться, особенно если микроволновка включена продолжительное время. В итоге сработает защитное реле или магнетрон просто сгорит. Часто вместе с колпачком выходит из строя и защитная пластина из слюды. Поэтому эксплуатировать микроволновку с прогоревшим колпачком нельзя.

Замена

Выполнять какой-либо ремонт микроволновой печи можно только, выключив прибор из розетки и принудительно разрядив высоковольтный конденсатор. Для замены прогоревшего колпачка необходимо подготовить соответствующий инструмент и новый колпачок. Подбирая замену, необходимо выбирать оригинальные детали, соответствующие данной модели микроволновой печи. Если такие найти невозможно, нужно подбирать наконечник по двум важным параметрам: диаметру и форме отверстия. Внутренние диаметры обычно колеблются от 13,5 до 16 мм. Отверстия чаще всего бывают четырех видов – треугольное, шестигранное, круглое маленькое или большое.

Для замены колпачка необходимо снять кожух печи, отсоединить клеммы питания и открутить винты, фиксирующие магнетрон к волноводу. Затем достать магнетрон и снять поврежденный колпачок. Перед установкой нового колпачка необходимо убедиться в целостности антенны. Если на ней нет повреждений, а присутствуют только копоть и пятна, то их необходимо удалить зачисткой. Установив новый колпачок, провести сборку печи в обратном порядке. При этом важно выдержать расстояние от торца колпачка до стенки волновода. После замены колпачка необходимо проверить работу микроволновой печи. Для этого в камеру ставят стеклянную емкость с водой и включают прибор.

Переворот

В качестве временного решения проблемы можно рассмотреть вариант переворота колпачка. Учитывая, что нагрузка приходится только на половину колпачка, можно прокрутить его на 180 градусов вокруг оси. Эта мера продлит работоспособность устройства на некоторое время.

Обращение в сервисный центр

Если у вас нет опыта ремонта бытовой техники и требуемых для этого знаний, самостоятельным ремонтом микроволновой печи лучше не заниматься. Во-первых, это опасно, поскольку даже при отключенном от сети приборе существует опасность поражения током – остаточное напряжение на высоковольтном конденсаторе очень велико. Конденсатор необходимо разрядить, замкнув его выводы через проводник сопротивлением не менее 10 МОм. Во-вторых, не зная конструкции микроволновой печи при разборке можно повредить крепежные элементы. В-третьих, лежащая на поверхности причина прогорания колпачка может оказаться вершиной айсберга, потянувшей за собой более серьезные неисправности.

Поэтому правильным решением будет доверить ремонт микроволновой печи специалистам из сервисного центра. Мастера проведут комплексную диагностику прибора, определят причину неисправности и выполнят ремонт. При этом вы будете уверены, что на микроволновку установлены новые, оригинальные запчасти, полностью соответствующие данной модели. Для микроволновых печей с большим сроком эксплуатации поломка может оказаться очень серьезной, а ремонт – затратным. В этом случае стоит взвесить, насколько целесообразно проведение такого ремонта. Возможно, лучшим выходом будет покупка новой, надежной и функциональной микроволновой печи.

Надежные микроволновые печи от AEG

Микроволновые печи немецкого производителя AEG – надежная и функциональная бытовая техника. В каталоге бренда представлены отдельностоящие и встраиваемые модели различных габаритов, что позволяет подобрать оптимальный вариант для кухни любой планировки. Классическая цветовая гамма микроволновок – белый, черный и нержавеющая сталь – будет гармонично сочетаться с любым интерьером кухни. Производитель выпускает как небольшие микроволновки с внутренним объемом 17 л, так и полноценные агрегаты с объемом рабочей камеры 46 л. В зависимости от модели микроволновые печи AEG имеют мощность от 800 до 1000 Вт.

Функциональные возможности приборов очень широки, современные модели легко могут заменить кухонную плиту. В зависимости от модели микроволновые печи AEG оснащены встроенными программами автоматического приготовления различных блюд, программами размораживания по весу продуктов, автоматическим разогревом. Многие приборы кроме основного режима СВЧ, оборудованы грилем и режимом конвекции, что позволяет равномерно приготовить даже большие куски мяса или птицы, получив при этом аппетитную хрустящую корочку. Новые модели микроволновых печей отличаются уникальной технологией равномерного распределения микроволн. Такое решение позволяет упростить конструкцию прибора за счет исключения вращающегося стола, при этом повысив надежность микроволновки и увеличив рабочий объем ее рабочей камеры.

Фирменный магазин

Купить оригинальную технику немецкого бренда можно в нашем фирменном магазине. Здесь представлены современные стиральные, сушильные и посудомоечные машины, холодильники и морозильные камеры, духовые шкафы, варочные панели, плиты и микроволновые печи, вытяжки и другие необходимые приборы, обеспечивающие комфортный быт. Подобрать оптимальную модель можно, воспользовавшись подробным структурированным меню. Оформить покупку можно самостоятельно через корзину сайта или, позвонив по указанному многоканальному телефону. Оплату товара может выполнить юридическое или физическое лицо в любом банке России. Доставка товара производится во все регионы страны в кратчайшие сроки и по очень демократичным расценкам.

магнетрон | электроника | Британика

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Обзор недели
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.

• Студенческий портал
  Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
• Britannica Beyond
  Мы создали новое место, где вопросы находятся в центре обучения. Вперед, продолжать. Спросить. Мы не будем возражать.
• Спасение Земли
  Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
• SpaceNext50
  Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы исследуем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!

• Введение

Краткие факты

• Факты и сопутствующий контент

Медиа

• Видео
• Картинки

Что такое магнетрон? (с картинками)

`;

Шеннон Китцман

Дата последнего изменения: 15 сентября 2022 г.

Магнетрон — это устройство, использующее взаимодействие потока электронов, направляемого магнитным полем, с полостями в медном блоке для получения микроволнового излучения. Частотный диапазон излучения зависит от размеров полостей. Устройства используются в радарах и микроволновых печах, где излучение заставляет молекулы пищи — особенно молекулы воды — вибрировать, что приводит к быстрому повышению температуры, достаточной для приготовления пищи.

Как это работает

Магнетрон состоит из короткого медного цилиндра с рядом полостей, которые открываются в центральную вакуумную камеру, содержащую металлический катод. Постоянный магнит создает магнитное поле, направленное параллельно оси цилиндра. Катод нагревается постоянным током высокого напряжения, заставляя его производить электроны, которые устремляются к стенке цилиндра под прямым углом к ​​магнитному полю. Электроны отклоняются полем по изогнутым путям, заставляя их создавать круговые токи внутри полостей. Эти токи производят микроволновое излучение на частотах, которые связаны с размером полостей.

Затем микроволны должны быть направлены туда, где они нужны. Это достигается за счет металлической конструкции, известной как волновод, по которому распространяются волны. Обычно он выходит за пределы основного корпуса из одной из полостей, улавливая микроволны и направляя их по своей длине. В случае магнетрона, используемого для радара, волновод соединяется с антенной, передающей волны. В микроволновой печи он будет направлять волны в камеру духовки, чтобы их можно было использовать для приготовления пищи.

Использование

Магнетроны используются для генерации микроволн для радаров, поскольку они могут достигать требуемой выходной мощности. Недостатком простого магнетрона является то, что, хотя диапазон производимых частот определяется размером полостей, внутри этого диапазона существуют колебания из-за колебаний тока и изменений температуры. Хотя это не проблема, когда вырабатываемая энергия используется для нагрева, это влияет на точность радиолокационных изображений. Этого можно избежать, используя регулируемые проводящие материалы, которые можно вставлять в полости для настройки излучения по мере необходимости.

Магнетроны чаще всего используются в микроволновых печах. Они направляют волны в небольшую камеру для приготовления пищи, где пища может быть приготовлена ​​очень быстро. Некоторые молекулы в пище полярны, что означает, что они имеют положительный заряд с одной стороны и отрицательный заряд с другой. Эти молекулы при бомбардировке электромагнитным излучением в микроволновом диапазоне настраиваются на переменные электрические и магнитные поля, создаваемые волнами, заставляя их быстро вибрировать, что приводит к быстрому нагреву. Одной из таких молекул является вода, которая присутствует в значительных количествах в большинстве пищевых продуктов.

История

В 1920-х годах Альберт Халл, сотрудник известной электрической компании, исследовал электронные лампы, когда создал магнетрон. Халл, однако, не мог придумать, как использовать свое изобретение, и какое-то время оно практически не использовалось. В конце 1930-х и начале 1940-х годов два инженера по имени Гарри Бут и Джон Рэндалл решили дополнительно изучить устройство. Более ранние версии состояли из катода и анодов внутри стеклянной трубки, но Бут и Рэндалл вместо этого использовали медь, хороший электрический проводник, для создания корпуса с полостями, которые также действовали как анод. Это привело к созданию гораздо более мощного устройства с выходной мощностью 400 Вт на площади менее четырех дюймов (10 см).

Когда Бут и Рэндалл разработали более прочные магнетронные трубки, они обнаружили, что они идеально подходят для радаров. Во время Второй мировой войны их начали использовать подводные лодки США, что позволило радиолокационному оборудованию быстрее обнаруживать корабли противника. В конце 19В 40-х годах доктор Перси Спенсер, американский инженер и изобретатель, дополнительно протестировал мощность магнетронных трубок в своей лаборатории. Он заметил, что шоколадка в его кармане полностью расплавилась, пока он работал с тюбиками. Он решил положить несколько зерен попкорна рядом с оборудованием, чтобы посмотреть, что произойдет, и заметил, что ядра лопаются.

901:31 Доктор Спенсер позвал своего ассистента, и двое мужчин решили положить рядом с устройством целое яйцо. Когда яйцо взорвалось, доктор Спенсер понял, что открыл увлекательный способ приготовления пищи. В 1947 году Спенсер помог создать первую в мире микроволновую печь. Первоначальная модель весила более 700 фунтов (318 кг), была более пяти футов (1,5 метра) в высоту и стоила более 5000 долларов США (USD).

Магнетрон, Часть 1: Применение и принципы работы

Магнетрон с вакуумной трубкой почти устарел (за исключением миллионов бытовых микроволновых печей). микроволновые вакуумные устройства.

Вакуумные лампы — это «вчерашний день», не так ли? Они устарели и вытеснены полупроводниковыми устройствами по многим причинам, за исключением некоторых узкоспециализированных приложений, таких как некоторые радиолокационные передатчики. , почтенная электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), которая десятилетиями использовалась в домашних телевизорах, осциллографах, пользовательских консолях, мониторах и всех видах дисплеев, была заменена устройствами с плоским экраном

Конечно, ЭЛТ ушли в прошлое, но все еще есть одна вакуумная лампа, которая широко используется в определенных приложениях, хотя во многих других она в значительной степени устарела. Как так? Если у вас на кухне есть микроволновая печь, у вас дома есть вакуумная трубка, называемая магнетроном. Тем не менее, это скромное, скромное действующее устройство, по мнению многих экспертов и историков, также изменило ход Второй мировой войны.

В: Что такое магнетрон?

О: Магнетрон — это специальная электровакуумная лампа, которая выполняет одну функцию: это источник генератора мощности для частот от нескольких сотен МГц до нескольких ГГц. В зависимости от размера и других факторов он может производить от десятков и сотен ватт до киловатт.

В: Зачем вообще изучать это уникальное и несколько устаревшее устройство?

A: Есть по крайней мере три причины: он все еще широко используется, и каждый год производятся миллионы; большие используются для радиолокационных и радиовещательных операций; и он научил ученых и инженеров электронным устройствам, которые используют электромагнитные принципы и сочетают электрические и магнитные поля РЧ, и многое другое, что привело к созданию важных РЧ / микроволновых устройств, таких как лампа бегущей волны (ЛБВ).

В: Каков физический принцип и основное устройство магнетрона?

A: В отличие от генератора, построенного на основе резонансного контура, состоящего из дискретных катушек индуктивности и конденсаторов, магнетрон использует уникальную физическую структуру в сочетании с комбинацией электрических полей, движения электронов и магнитных полей в ограниченной металлической полости. Хотя магнетрон представляет собой вакуумную трубку, он сильно отличается от обычной вакуумной трубки, в которой используются электроны, испускаемые нагретым катодом и движущиеся по прямой линии к положительно заряженному аноду, при этом траектория их движения модулируется электрическим полем промежуточная сетка.

Обычная электровакуумная лампа не имеет магнитных свойств. Напротив, магнетрон представляет собой устройство «скрещенного поля», в котором электрическое поле используется в сочетании с магнитным полем, а их линии энергии поля расположены под прямым углом друг к другу. (Название «магнетрон» представляет собой сочетание слов «магнитный» и «электронный»).

В: Как работает магнетрон?

A: Анализ магнетрона может варьироваться от качественного объяснения до высокотехнического анализа с использованием передовой теории электромагнитного поля и математики. Мы будем использовать более качественный подход.

В: Каково физическое устройство магнетрона?

Рис. 1: В ламповом магнетроне используются резонансные полости в его аноде, в которые электроны, испускаемые нагретым катодом, направляются мощным постоянным магнитным полем под прямым углом. (Изображение: Гиперфизика/Государственный университет Джорджии)

О: В базовом, первом магнетроне — и, конечно, существует множество вариаций — использовался сплошной блок меди (для отвода тепла), в котором были просверлены отверстия (называемые полостями) (Рисунок 1) . Размер этих полостей имеет решающее значение для установления рабочей частоты магнетрона. Эта физическая конструкция и устройство радикально отличаются от вакуумной трубки со стеклянной оболочкой, которая использовалась в попытке эффективно генерировать короткие волны и высокие частоты, необходимые для радиочастотных / микроволновых конструкций (1 ГГц = 1000 МГц = 0,3 метра = 30 см). .

В: Как это устройство работает при включении питания?

A: Катод в центре (нагреваемый нитью накаливания) испускает электроны так же, как катод стеклянной вакуумной трубки, но на этом их сходство заканчивается. Эти электроны обычно притягиваются к внешнему кольцу в качестве анода и движутся в виде радиальных спиц, которые заряжены положительно (как пластина трубки). Однако существует мощное статическое магнитное поле (синие линии), направленное вдоль оси сердечника магнетрона. Это поле заставляет электроны двигаться по круговой схеме к внешнему кольцу (красные линии). Магнитное поле изначально создавалось электромагнитами, но по мере того, как несколько лет спустя были разработаны более мощные постоянные магниты, вместо них использовались именно они.

В: Кажется, что все, что было сделано, это смещение статического электрического потока, и нет никаких колебаний — так как же магнетрон производит колебания?

А: Магнитное поле отклоняет электроны, и они «несутся» по кругу. При этом они «качают» на естественной резонансной частоте полостей. Результирующий ток вокруг полостей заставляет их излучать электромагнитную энергию на резонансной частоте полостей.

В: Это все? Как можно использовать эту резонансную энергию?

О: С точки зрения физики работа совершается электронами, и они поглощают энергию от источника питания, подаваемого на анод. Электроны продолжают двигаться и достигают энергетического уровня, на котором возникает избыточный отрицательный заряд, и этот заряд выталкивается обратно в полость. Это, в свою очередь, сообщает энергию колебаниям на собственной частоте полости (накачке). Резонатор аналогичен резонансному LC-баку: положительно заряженное поле расположено вдоль одного края открытой стороны резонатора, а отрицательно заряженное поле направлено вдоль другого края, так что выделенный ряд работает как конденсатор с вакуумом. зазор для интервала.

В: Как энергия колебаний извлекается из полости магнетрона и используется в системе?

A: Коаксиальная муфта с зондом точного размера вставляется боком в одну полость для захвата энергии блока, Рисунок 2 ; он функционирует как приемная антенна для электромагнитной энергии.

Рис. 2. Согласованный по частоте зонд вставляется в отверстие в одной из полостей для перехвата и извлечения колебательной радиочастотной энергии в магнетроне. (Изображение: Учебное пособие по радару ЕС)

В: Что определяет частоту колебаний магнетрона?

A: Размер и расположение полостей определяют частоту, так как они действуют как резонансные камеры. Магнетроны обычно имеют небольшой регулировочный винт для изменения размера резонатора, поэтому физические размеры можно отрегулировать для резонирования на точной желаемой частоте, несмотря на неизбежные производственные допуски. Обратите внимание, что магнетрон является устройством с фиксированной частотой и не настраивается, хотя существуют некоторые усовершенствованные и более сложные версии, которые имеют скромный диапазон настройки.

Часть 2 этого FAQ расскажет об истории и роли магнетрона, а также о его будущем и возможной гибели.

EE World Online References

• Основы объемных резонаторов
• Основы волноводов, микроволновых печей и печей
• Пассивные микроволновые компоненты, часть 1: изоляторы и циркуляторы
• Пассивные микроволновые компоненты, часть 2: ответвители и разветвители

Каталожные номера

• Википедия, «Резонаторный магнетрон» (содержит ссылки на многие исторические справочники)
• Объясните это, «Как работают магнетроны»
• Государственный университет Джорджии, Гиперфизика, «Магнетрон»
• Государственный университет Джорджии, Гиперфизика, «Микроволновые печи»
• Микроволны101, «Магнетроны»
• Wiki по истории техники и технологий, «Резонаторный магнетрон»
• Музей клапанов, «CV64»
• Лампы и трубки, «Ранний британский резонаторный магнетрон CV64 S-диапазона»
• Учебное пособие по радару ЕС, «Магнетрон»
• Амплеон Н. В., «Твердофазное приготовление пищи в РФ»
• ARMMS RF and Microwave Society, «Краткий обзор развития магнетронов»

Твердотельный и магнетронный радар | RADA USA

 

За последнее столетие в военных операциях использовалось множество различных типов радаров. Но на современном рынке тактических радаров твердотельные радары являются стандартом. Однако до изобретения широкополосных технологий оригинальные компактные боевые радары питались от магнетрона.

Хотя магнетронный радар в настоящее время практически устарел, он сыграл решающую роль в разработке современных радиолокационных датчиков. В этом блоге мы собираемся сравнить и сопоставить твердотельный и магнетронный радар. Но прежде чем мы это сделаем, давайте взглянем на историю военных радаров.

Возникновение военных радаров

Хотя основы радиообнаружения и определения дальности зародились в 1880-х годах, серьезный интерес к радиолокационным технологиям не возникал до начала Второй мировой войны в середине-конце 19-го века. 30 с.

В то время несколько крупных стран разработали дальние бомбардировщики, способные нести большую полезную нагрузку. Этот прогресс в области стратегических бомбардировок в сочетании с растущей вероятностью войны побудил военных найти новые эффективные способы обнаружения приближающихся вражеских самолетов.

В результате США, Советский Союз, Нидерланды, Великобритания, Германия, Франция, Япония и Италия начали экспериментировать с радиочастотами. К началу Второй мировой войны большинство из этих восьми стран имели действующее радиолокационное оборудование, первой из которых была британская система Chain Home.

Разработанный радиоэкспертом Робертом Уотсоном-Ваттом, Британский цепной дом представлял собой сеть 100-метровых радиолокационных вышек, каждая из которых имела дальность действия около 80 миль и обеспечивала 15-минутное предупреждение об угрозах, исходящих с суши и моря. Хотя у системы, безусловно, были свои недостатки, заблаговременное уведомление о немецких атаках дало британцам значительное преимущество во время битвы за Британию 1940 года, и иногда это приписывают союзным державам, выигравшим войну.

Но хотя Цепной дом выполнил свою задачу, главным успехом США и Великобритании во время Второй мировой войны стало изобретение магнетронного радара.

Изображение из книги «Принципы современного радара» Марка Ричардса

Что такое магнетронный радар?

Прежде чем мы ответим на этот вопрос, мы должны сначала объяснить, что такое резонаторный магнетрон.

Резонаторный магнетрон представляет собой вакуумную трубку, генерирующую мощные электромагнитные волны. Он состоит из прямого проволочного катода, коаксиального анода и ряда объемных резонаторов (небольших открытых полостей внутри металлического блока).

Поскольку магнетрон генерирует электрическое поле, магнитное поле должно прикладываться в продольном направлении внешним магнитом. В магнитном поле электроны движутся через полости и создают сильный микроволновый сигнал.

Резонаторный магнетронный генератор был разработан британскими физиками из Бирмингемского университета. В 1940 году британцы представили эту концепцию исследователям из радиационной лаборатории Массачусетского технологического института (MIT), где они продолжили разработку технологии для использования в военных радарах.

Итак, что такое магнетронный радар? Проще говоря, магнетронный радар — это микроволновый радар. Он основан на резонаторном магнетронном генераторе, который передает высокочастотную энергию быстрыми импульсами, которые передаются с небольших антенн. Этот тип радара дал союзникам огромное преимущество в войне, поскольку он был намного эффективнее, чем радарные технологии их противников.

К концу войны практически каждый радар союзников приводился в действие магнетроном. И хотя магнетронные радары стали стандартом для радиолокационной техники после войны, вскоре стали очевидны их подводные камни, такие как:

• Непостоянный выходной сигнал от импульса к импульсу.
• Неэффективная индикация движущейся цели (MTI).
• Неэффективно устраняет помехи на дисплее радара.

К 1960-м годам разработки моноимпульсных радаров слежения и доплеровских радаров привели к значительному отходу от магнетронных радаров. Хотя магнетроны используются в некоторых морских радарах, сегодня они почти исключительно используются в недорогих микроволновых печах.

Что такое твердотельный радар?

Твердотельный радар или широкополосный радар — это основной тип радара для современных тактических приложений. Они питаются от полупроводниковой технологии, а не от вакуумной лампы.

В отличие от магнетронного радара, который излучает мощные импульсы на короткие расстояния, твердотельные радары имеют низкую мощность радиолокационного излучения на гораздо более длительных интервалах.

Вместо передачи одной выходной волны твердотельный широкополосный радар выдает непрерывный стабильный по частоте сигнал с использованием технологии сжатия импульсов. Они потребляют меньше энергии, чем обычные импульсные радары, и обеспечивают более четкую отдачу.

Преимущества твердотельных радаров

Использование твердотельных радаров по сравнению с магнетронными имеет множество преимуществ. Вот восемь основных преимуществ технологии широкополосных радаров:

1. Повышенная ремонтопригодность и надежность

Твердотельные радары не требуют почти такого же обслуживания, как радар на основе магнетрона. Резонаторные магнетроны имеют детали, требующие ежегодной замены, что увеличивает их общую стоимость. Твердотельные радары прослужат долгие годы при минимальном техническом обслуживании. Это приводит к увеличению среднего времени наработки на отказ (MTBF), которое для твердотельных радаров обычно ограничено 50 000 часов, а для магнетронных радаров — 3 000 часов.

2. Исключает единую точку отказа

Твердотельные радары обычно используются с массивом элементов с распределенными усилителями мощности на каждом антенном элементе. В случае выхода из строя нескольких усилителей радар остается работоспособным с незначительным ухудшением характеристик. Для радара, использующего магнетрон, вся мощность, необходимая для передачи, генерируется исключительно магнетроном. При выходе из строя магнетрона радар становится неработоспособным и подлежит ремонту.

3. Увеличение скорости сканирования

Магнетроны обычно используются с отражающими антеннами на карданном подвесе. Твердотельное питание в основном используется с AESA. AESA может сканировать лучи радара порядка наносекунд, в то время как отражающие антенны сканируют от миллисекунд до микросекунд.

4. Более энергоэффективный

Мощность передачи твердотельного радара очень мала по сравнению с магнетронным радаром (несколько ватт против киловатт). Вместо одного источника генерируемой энергии (магнетрона) выработка электроэнергии распределяется между сотнями и тысячами элементов массива. Это экономит энергию и снижает стоимость эксплуатации (увеличение ремонтопригодности и надежности).

5. Переменная частота

Твердотельные радары обычно быстродействующие, что позволяет работать в широкой рабочей полосе пропускания (от сотен МГц до нескольких ГГц). Магнетронные радары, с другой стороны, обычно имеют узкую полосу частот и не поддерживают работу на широкополосных частотах.

6. Доплеровская обработка

Твердотельные радары могут быть модернизированы для включения доплеровского блока обработки для определения скорости цели для отслеживания. Это помогает радару определять, насколько быстро движутся объекты, и предсказывать их будущее направление. Магнетронные радары, как правило, не имеют возможности для доплеровской обработки, поскольку они некогерентны. Магнетронные радары можно сделать когерентными, но с дополнительной сложностью/реализацией.

7. Отсутствие времени прогрева

Магнетронным радарам требуется не менее 60-90 секунд для прогрева, прежде чем они смогут посылать сигналы. Твердотельные радары имеют функцию мгновенной мощности, поэтому перед началом работы не тратится время. А когда дело доходит до обеспечения безопасности бойцов на поле боя, время имеет решающее значение.

8. Цифровое формирование луча для многофункциональной работы

Твердотельные радары могут быть оснащены цифровыми выходами, обеспечивающими цифровое формирование луча радара. Это позволяет добавлять энергию возврата таким образом, чтобы адаптивно создавать нули для фильтрации угроз помех. Кроме того, несколько одновременных лучей могут получать повышение скорости поиска. Магнетронные радары не используются для цифровых радаров с формированием луча, что ограничивает их многофункциональность.

Надежные твердотельные радары от RADA USA

RADA USA предлагает твердотельные радары AESA с самыми высокими характеристиками для обнаружения и нейтрализации всех воздушных угроз. Наши зарекомендовавшие себя в боях радиолокационные системы могут использоваться для следующих операций:

• Обнаружение вражеского огня
• Активная защита
• С-RAM
• Контр-БПЛА
• Система наблюдения Hemispheric

Программно определяемые и многоцелевые, эти усовершенствованные широкополосные радары являются важными компонентами для обеспечения безопасности наших американских военных истребителей.

Хотите узнать больше о преимуществах твердотельных радаров для использования в военных целях? Ознакомьтесь с нашим набором решений для твердотельных тактических радаров уже сегодня!

Резонаторный магнетрон — точка назначения

Резонаторный магнетрон

Определение

Резонаторный магнетрон — это мощная вакуумная трубка, которая генерирует микроволны, используя взаимодействие потока электронов с магнитным полем при движении мимо серии магнитных полей. открытые металлические полости. Это источник микроволновой энергии, используемый в медицинских линейных ускорителях для ускорения электронов до терапевтических энергий.

Частота производимых микроволн, резонансная частота, определяется физическими размерами полостей. В отличие от других электронных ламп, таких как клистрон или лампа бегущей волны (ЛБВ), магнетрон не может функционировать как усилитель для увеличения интенсивности подаваемого микроволнового сигнала; магнетрон служит исключительно генератором, генерирующим микроволновый сигнал из электричества постоянного тока, подаваемого на вакуумную трубку.

Трубка магнетрона резонатора была позже усовершенствована Джоном Рэндаллом и Гарри Бутом в 1940 в Бирмингемском университете, Англия. Высокая мощность импульсов от их устройства сделала радары сантиметрового диапазона практичными для союзников во время Второй мировой войны, а радары с более короткой длиной волны позволяли обнаруживать более мелкие объекты с помощью меньших антенн. Компактная полостная магнетронная трубка резко уменьшила размер радиолокационных установок, так что их было легче установить на ночных истребителях, противолодочных самолетах и ​​кораблях сопровождения.

 

Работа магнетрона

В промышленности магнетрон называют устройством с перекрестным полем, потому что в его работе используются как магнитное, так и электрическое поля, и они создаются в перпендикулярных направлениях, так что они пересекаются. Приложенное магнитное поле является постоянным и приложено вдоль оси показанного круглого устройства. Питание устройства подается на центральный катод, который нагревается для подачи энергичных электронов, которые в отсутствие магнитного поля стремились бы двигаться радиально наружу к кольцевому аноду, который его окружает.

Аксиальное магнитное поле воздействует на эти заряды магнитной силой, которая перпендикулярна их первоначальному радиальному движению, и они стремятся двигаться по окружности. По мере того, как эти электроны движутся к точке, где имеется избыточный отрицательный заряд, этот заряд имеет тенденцию отталкиваться назад вокруг полости, сообщая энергию колебаниям на собственной частоте полости. Это вынужденное колебание зарядов вокруг полостей приводит к излучению электромагнитных волн на выходе магнетрона.

Механически резонаторный магнетрон состоит из большого металлического цилиндра с отверстием, просверленным в центре круглой поверхности. Проволока, действующая как катод, проходит по центру этого отверстия, а сам металлический блок образует анод. Вокруг этого отверстия, известного как «пространство взаимодействия», расположено несколько подобных отверстий, просверленных параллельно пространству взаимодействия, на очень небольшом расстоянии друг от друга.

Применение резонаторного магнетрона

Применение магнетронов включает радары, системы отопления и освещения.

Радар – В радиолокационном комплекте волновод магнетрона соединен с антенной. Магнетрон работает с очень короткими импульсами приложенного напряжения, в результате чего излучается короткий импульс мощной микроволновой энергии. Как и во всех первичных радиолокационных системах, излучение, отраженное от цели, анализируется для создания радиолокационной карты на экране.

Нагрев – В микроволновых печах волновод ведет к радиопрозрачному входу в камеру приготовления. Поскольку фиксированные размеры камеры и ее физическая близость к магнетрону обычно создают в камере картины стоячих волн, в волноводе помещается моторизованная веерообразная мешалка для рандомизации картины. Это не всегда эффективно для более крупных объектов в камере, и большинство современных микроволновых печей также имеют вращающийся стол, на котором может сидеть еда, поворотный стол.

Освещение – В системах освещения с микроволновым возбуждением, таких как серная лампа, магнетрон создает микроволновое поле, которое проходит через волновод в осветительную полость, содержащую светоизлучающее вещество. Хотя эти лампы эффективны, они намного сложнее, чем другие методы освещения, и поэтому обычно не используются.

Типы магнетронов

Резонаторные магнетроны используют высоковольтный источник постоянного тока для подачи на катод с горячим катодом высокого отрицательного потенциала. Постоянные магниты, расположенные рядом с нитью накала, создают магнитное поле, которое заставляет электроны двигаться по спирали наружу, а не двигаться прямо к аноду.

Цилиндрические полости , расположенные по краю камеры магнетрона, создают резонансное высокочастотное поле. Антенна, соединенная с волноводом, извлекает часть этого радиочастотного (РЧ) поля, и волновод направляет радиочастотную энергию на нагрузку.

Круглые магнетроны содержат характеристики продукта для максимальной мощности распыления, требований к охлаждению, мишени, способа монтажа, максимальной температуры, расстояния от источника до подложки и материалов. Существует пять параметров максимальной мощности распыления: постоянный ток (DC), радиочастота (RF), напряжение на катоде, ток разряда и рабочее давление. Требования к охлаждению включают скорость потока при максимальной мощности, максимальную температуру на входе и открытый сток. Форма, диаметр, толщина и метод охлаждения являются целевыми параметрами.

Прямоугольные магнетроны хорошо подходят для покрытия широких подложек и достижения очень высокой производительности. Как и круглые магнетроны, прямоугольные магнетроны могут использовать профилированные магниты и турбулентный поток воды.

Поставщики магнетронов могут предоставить нестандартные магнетроны, а также мишени и материалы для распыления. Заказные магнетроны предназначены для специализированных приложений. Они доступны в виде полных систем и включают в себя такие компоненты, как монтажное оборудование, затворы в сборе и газовые коллекторы.

Магнетрон

Система измерения децибел Микроволновые принципы Магнетрон с разделенным анодом
Магнетрон MAGNETRON, показанный на рис. 2-17, вид (A), представляет собой автономный микроволновый генератор. который работает иначе, чем трубки с линейным пучком, такие как twt и клистрон. Вид (В) представляет собой упрощенный чертеж магнетрона. ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ и МАГНИТНЫЕ поля используется в магнетроне для получения мощного выходного сигнала, необходимого в радарах и оборудование связи. Рисунок 2-17А. — Магнетрон. Рисунок 2-17B. — Магнетрон. Магнетрон классифицируется как диод, поскольку он не имеет сетки. Магнитное поле, расположенное в пространство между пластиной (анодом) и катодом служит сеткой. Тарелка магнетрон не имеет такого же внешнего вида, как пластина обычного электрона трубка. Поскольку обычные индуктивно-емкостные (LC) сети становятся непрактичными при микроволновых частот, пластина изготавливается в виде цилиндрического медного блока, содержащего резонаторы, которые служат резонансными цепями. Основание магнетрона значительно отличается от обычного трубчатого основания. Основание магнетрона короткое по длине и имеет большие выводы диаметра, тщательно запаянные в трубку и экранированные. Катод и нить накала находятся в центре трубки и поддерживаются филаментные провода. Выводы накала большие и достаточно жесткие, чтобы удерживать катод и филаментная структура зафиксирована на месте. Выходной провод обычно представляет собой зонд или петлю, удлиняющуюся в один из настроенных резонаторов и соединяется с волноводом или коаксиальной линией. Плита структура, показанная на рис. 2-18, представляет собой сплошной блок меди. Цилиндрические отверстия вокруг его окружность представляет собой резонансные полости. Узкая щель выходит из каждой полости в центральная часть трубки, разделяющая внутреннюю структуру на столько сегментов, сколько имеется являются полости. Чередующиеся сегменты скреплены ремнями, чтобы полости располагались параллельно. что касается выхода. Полости управляют выходной частотой. Ремни круглые металлические полоски, расположенные поперек верхней части блока у входных щелей, чтобы полости. Поскольку катод должен работать при большой мощности, он должен быть достаточно большим и также должен выдерживать высокие рабочие температуры. Также должно быть хорошо эмиссионные характеристики, особенно при возвратной бомбардировке электронами. Это потому что большая часть выходной мощности обеспечивается большим количеством электронов, которые испускается, когда высокоскоростные электроны возвращаются к катоду. Катод с косвенным нагревом и изготовлен из материала с высокой эмиссией. Открытое пространство между пластины и катода называется ПРОСТРАНСТВОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ. В этом пространстве электрические и магнитные поля взаимодействуют, оказывая силу на электроны. Рис. 2-18. — Вид магнетрона в разрезе. Магнитное поле обычно создается сильным постоянным магнитом, установленным вокруг магнетрон так, чтобы магнитное поле было параллельно оси катода. Катод устанавливается в центре пространства взаимодействия. ОСНОВНАЯ РАБОТА МАГНЕТРОНА. — Теория работы магнетрона основана на движении электронов под действием комбинированных электрического и магнитного полей. Следующее информация представляет законы, управляющие этим движением. Направление электрического поля от положительного электрода к отрицательному. электрод. Закон движения электрона в электрическом поле (поле Е) штаты: Сила, действующая на электрон со стороны электрического поля, пропорциональна силе поля. Электроны стремятся двигаться из точки с отрицательным потенциалом в сторону положительного. потенциал. Это показано на рис. 2-19. Другими словами, электроны стремятся двигаться против E поле. Когда электрон ускоряется полем Е, как показано на рис. 2-19, энергия забирается у поля электроном. Рис. 2-19. — Движение электрона в электрическом поле. Закон движения электрона в магнитном поле (поле Н) гласит: Сила, действующая на электрон в магнитном поле, направлена ​​под прямым углом к ​​обеим поле и путь электрона. Направление силы таково, что электрон траектории идут по часовой стрелке, если смотреть в направлении магнитного поля. Это показано на рис. 2-20. Рисунок 2-20. — Движение электрона в магнитном поле. На рис. 2-20 предположим, что южный полюс находится ниже рисунка, а северный полюс — выше. фигуру так, чтобы магнитное поле проникало в бумагу. Когда электрон движется в космосе магнитное поле создается вокруг электрона так же, как вокруг провода когда электроны движутся по проводу. На рисунке 2-20 магнитное поле вокруг движущийся электрон добавляется к постоянному магнитному полю слева от электрона. пути и вычитает из постоянного магнитного поля с правой стороны. Это действие ослабляет поле с правой стороны; поэтому траектория электрона изгибается вправо (по часовой стрелке). Если напряженность магнитного поля увеличить, путь электрона будет более резкий изгиб. Точно так же, если скорость электрона увеличивается, поле вокруг него увеличивается, и путь будет изгибаться более резко. Принципиальная схема базового магнетрона показана на рис. 2-21, вид (А). Трубка состоит из цилиндрической пластины с катодом, расположенным вдоль центральной оси пластины. Настроенный контур состоит из полостей, в которых происходят колебания и физически находится в пластине. При отсутствии магнитного поля нагрев катода приводит к однородному и прямому движение поля от катода к пластине, как показано на рис. 2-21, вид (Б). Однако по мере увеличения магнитного поля, окружающего трубку, один электрон влияет, как показано на рис. 2-22. На виде (A) магнитное поле было увеличено до точки, где электрон движется к пластине по кривой, а не по прямой траектории. Рисунок 2-21А. — Базовый магнетрон. ВИД СБОКУ Рисунок 2 — 21В. — Базовый магнетрон. ВИД С КОНЦА БЕЗ МАГНИТОВ Рисунок 2-22. — Влияние магнитного поля на отдельный электрон. На виде (B) на рис. 2-22 магнитное поле достигло значения, достаточного для заставить электрон просто промахнуться мимо пластины и вернуться к нити накала по круговой орбите. Это значение является КРИТИЧЕСКИМ ЗНАЧЕНИЕМ напряженности поля. В представлении (C) значение поля прочность была увеличена до значения, превышающего критическое значение; электрон сделан для двигаться к катоду по круговой траектории меньшего диаметра. Вид (D) на рис. 2-22. показывает, как изменяется ток обкладки магнетрона при влияние переменного магнитного поля. На виде (А) поток электронов достигает пластины, поэтому протекает большой ток пластины. Однако, когда критическое значение поля равно достигается, как показано на рисунке (В), электроны отклоняются от пластины и пластинчатый ток затем быстро падает до очень малого значения. Когда создается напряженность поля еще больше, как показано на виде (C), анодный ток падает до нуля. Когда магнетрон настроен на отсечку или критическое значение тока пластины, и электроны просто не достигают пластины в своем круговом движении, это может произвести колебания на микроволновых частотах. Эти колебания вызываются токами индуцируется электростатически движущимися электронами. Частота определяется временем требуется, чтобы электроны двигались от катода к пластине и обратно. А передача СВЧ-энергии в нагрузку стала возможной за счет подключения внешней цепи между катодом и пластиной магнетрона. Магнетронные генераторы делятся на два класса: ОТРИЦАТЕЛЬНО-СОПРОТИВИТЕЛЬНЫЕ и ЭЛЕКТРОННО-РЕЗОНАНСНЫЕ МАГНИТРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ. Генератор магнетрона с отрицательным сопротивлением работает от статического отрицательного сопротивления. между его электродами. Этот осциллятор имеет частоту, равную частоте настроенный контур, подключенный к трубке. Электронно-резонансный магнетронный генератор работает за счет времени прохождения электрона требуется для движения электронов от катода к пластине. Этот осциллятор способен генерируя очень большую пиковую выходную мощность на частотах в тысячи мегагерц. Хотя его средняя выходная мощность за определенный период времени невелика, он может обеспечить очень мощные колебания короткими пачками импульсов. Q.31 Сложенный волновод в паре служит той же цели, что и какой компонент в паре? Q.32 Что служит сеткой в ​​магнетроне? Q.33 Цилиндрический медный блок с резонансными полостями по окружности используется в качестве какой компонент магнетрона? Q.34 Что управляет выходной частотой магнетрона? Q.35 Какой элемент в магнетроне вызывает кривую траекторию потока электронов? Q.36 Какой термин используется для определения величины напряженности поля, необходимой для того, чтобы вызвать электронам просто не попасть в пластину и вернуться к нити накала по круговой орбите? Q. Похожие записи 21.11.2024 0 Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании 19.11.2024 0 Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка 19.11.2024 0 Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт