Skip to content Skip to left sidebar Skip to right sidebar Skip to footer

Магнетрон

магнетрон

Магнетрон

До края на Първата световна война броят на радиостанциите с дълги и средни вълни е достигнал критичен брой. Честотния спектър е бил плътно запълнен и комуникацията се осъществява в условия на силни взаимни смущения от близки по честота радиостанции. За да се настанят нови радиопредаватели е било необходимо да се експлоатират по-къси дължини на вълните в радиочестотния спектър.

Важен фактор, допринесъл за развитието на радара е изобретението от 1910 г. на К. Годинг (Германия) свързано с вакуумният диод. Той е контролиран от магнитно поле, въз основа на който впоследствие са създадени генератори на къси и ултракъси вълни. Този диод има само два електрода: анод под формата на кух цилиндър и катод, който съвпада с оста на анода.

Балонът на диода е разположен между полюсите на силен магнит. Разположен така, че силовите линии на магнитното поле да проникнат в пространството вътре в балона по оста на диода. Потокът на електрони в този диод се въздейства едновременно във взаимно перпендикулярни посоки от статични електрически и магнитни полета. Диодът на Годинг е алтернатива на контролираното от напрежение триелектродна вакуумна тръба на американеца Ли дьо Форест. Той я изобретява през 1906 г. и  нарича своя диод „магнетрон“ (от магнит и електрон), но това име не е известно в неговото авторство.

магнетрон

Магнетрон К. Годинг

Според общоприетата версия авторът на термина „магнетрон“ е Алберт Уолъс Хъл. Той е служител на изследователската лаборатория на General Electric в Скенектади (Ню Йорк). Публикува през 1921 г. резултатите от своите изследвания върху работата на магнетрона. След като го е тествал, като усилвател в радиоприемници и като генератор с ниска честота. В първия случай усиленият ток се подава към управляващата намотка на магнетрона.

магнетрон

Магнетрон. 20-те години на миналия век

Когато електроните напуснат катода, те попадат в обхвата на електрическото поле на анода и полето на магнита. Силата на електрическото поле привлича електроните към анода и те се втурват там по най-късите пътища – по радиусите. Силното магнитно поле кара електроните да летят в извити линии. При определени условия електроните няма да падат върху анода преди да го достигнат. Те ще се обърнат обратно към катода и анодният ток ще спре. Анодното напрежение и силата на магнитното поле са избрани по такъв начин, че електроните да не достигат малко до анода.

Електроните летят към анода в непрекъснат поток. На мястото на тези, които се връщат обратно към катода, веднага идват нови. В резултат на това в близост до анода се появява електронен облак. Електроните му подложени на действието на магнитното поле, се движат в същата посока и образуват непрекъснат пръстеновиден поток. Това е един вид катод, от който можете да черпите електрони. Не е трудно да го „издърпате“ близо до анода чрез регулиране на анодното напрежение.

магнетрон

Магнитронен генератор на Хъл

Хъл свързва LC осцилираща верига към магнетрона, което води до генераторна верига, която създава непрекъснати трептения. Магнитното поле на магнетрона, което се генерира се контролира с проводникът. Той образува индуктивността L на тази LC трептяща верига. Самият той се навива около тялото на магнетрона.

Кръговият поток от електрони почти докосва повърхността на анода. Най-малкият електрически „удар“ във веригата нарушава равновесието и причинява пулсации на електронния поток. Електроните започват да удрят анода. Токовите импулси се създават в анодната верига, които възбуждат трептения във веригата. Магнетронният осцилатор на Хъл работи с честота 20 kHz. Трябва да се отбележи, че през 1921 г. магнетрона не се разглежда, като генератор на микровълнови трептения.

През 1924 г. професор Август Жашек, открива възможността за генериране на високочестотни трептения. Те са в дециметровия диапазон на дължината на вълната. При включване на осцилаторна верига между катода и анода на магнетрона и кога магнитно поле беше близо до критичната си стойност. Като осцилаторна верига бе използван участък от двупроводна линия. Във веригата 1 е твърд аноден магнетрон, а 2 е двупроводна линия (магнетронният магнит не е показан на фигурата).

магнетрон

Верига на генератора на магнетрона на Жашек

В магнетрона при H, приблизително равен на Hкр, електроните вибрират в радиални посоки между катода и анода. Точката на въртене на електроните се намира близо до анода. Това колебателно движение на електроните възбужда трептенията във веригата. В този случай в пространството, където постоянното магнитно поле е перпендикулярно на постоянното електрическо поле. Възниква и взаимодействието на електроните с радиалното електрическо поле с висока честота, развито в трептящата верига.

Електроните с грешна фаза, напускащи катода по време на съществуването на положителна половин вълна напрежение на анода, получават допълнително ускорение и веднага падат върху анода. Електроните с правилна фаза, напускащи катода по време на отрицателната полувълна, се забавят от високочестотното поле. Те не достигат анода и могат да направят няколко оборота, като през цялото време остават в правилната фаза. Опитът показва, че в магнетрона с твърд анод най-благоприятното за възбуждане на трептенията във верига е равенството между периода на естествените трептения в тази верига и времето на полет на електрон от катода към анода и обратно.

За такъв генератор на Жашек е издаден чехословашки патент № 20293 „Верига за генериране на електрически вълни“.

Следващата стъпка в развитието на магнетрона беше използването на анод в него, разделен от прорези, насочени по оста на магнетрона на два симетрично разположени сегмента (или повече от тях). Снимката по-долу е на магнетрон с двоен процеп. К е катодът,  а А1 и А2 са анодните сегменти. Късо съединение от проводник с малка разпределена самоиндукция L и капацитет С (трептяща верига).

магнетрон

Магнетрон с двоен процеп

Самовъзбуждането в този магнетрон възниква, когато силата на магнитното поле е близка до Hcr и токът през него е силно намален. При удар магнетрона се самовъзбужда, напрежението в анодните сегменти става неравномерно. Да приемем, че потенциалът на сегмента А1 е малко по-голям от този на сегмента А2. Симетрията на радиалното електрическо поле ще бъде донякъде нарушена от това. Деформацията на електрическото поле в процепите е такава, че електроните, движещи се успоредно на повърхността на анода, ще получат забавяне в десния слот. След загубата на част от кинетичната си енергия ще бъдат хвърлени върху сегмента А2, което ще увеличи неговата електроотрицателност с по отношение на сегмента А1.

Увеличението на потенциалната разлика между сегментите А1 и А2 няма да продължи дълго. То ще спре веднага щом по-голямата част от електронния ток се затвори към сегмента А1 (поради по-интензивното поле на този сегмент). Тогава потенциалът на този сегмент ще падне и той ще бъде електроотрицателен по отношение на А2. Сега ще има забавяне на електроните при противоположната цепка и електроните ще бъдат хвърлени към сегмента А1. Което ще увеличи електроотрицателността на сегмента А1 спрямо А2. Забавянето на електроните в процепа отново ще бъде придружено от трансформация на кинетичната енергия на електроните в енергия на излъченото електромагнитно поле. Честотата на самовъзбуждащите се трептения в този магнетрон се определя от електрическите параметри (L и C и следователно размера и формата) на полуанодите и веригата, която ги затваря.

Йена (Германия) първи изследва магнетрона с двоен процеп.

Неговият магнетрон обаче не успя да генерира трептения с дължина на вълната по-малка от 7 м. Първата работа в СССР, започната през 1924 г., беше насочена към получаване на трептения в деци- и сантиметровата дължина на вълната. В резултат на тези работи съветските радиофизици професорите Абрам Александрович Слуцкин и Дмитрий Самойлович Щайнберг от Харковския университет създават магнетрон. Той генерира вълни от деци- и сантиметровия диапазон, а именно вълни: 60 см дължина – 1925 г., 30 см – 1926 г., 7,6 см – 1927 г. В Япония млад електрофизик Киниро Окабе от Императорския университет в Тохоку (Сендай) през 1927 г. получава генерирането на трептения с дължина на вълната около 60 см, като се използва магнетрон „Split“ с двусегментен анод. През 1929 г. Окабе успява да генерира трептения в диапазона от 3 до 5 см в магнетрона с четирисегментен анод.

Използването на разделен анод в магнетрона позволи да се увеличи стабилността на високочестотните трептения в него и тяхната мощност. Въпреки това в началото на 30-те години на миналия век магнетрона остава само лабораторно устройство. Основната задача при подобряването бе допълнителното увеличаване на мощността на генерираните трептения за  преминаване в обхвата на по-късите вълни.

Възможни са неточности и разминавания в превода. Открийте още интересни статии в категория „Новини