Die Höhle magnetron ist eine Hochleistungsvakuumtube, die Mikrowellen mit der Wechselwirkung eines Stroms von Elektronen mit einem magnetischen Feld erzeugt. Die 'widerhallende' Höhle magnetron Variante früher magnetron Tube wurde von John Randall und Harry Boot 1940 an der Universität Birminghams, England erfunden. Die hohe Macht von Pulsen von der Höhle magnetron hat mit dem Zentimeter bändigen Radar praktisch mit kürzeren Wellenlänge-Radaren gemacht, die Entdeckung von kleineren Gegenständen erlauben. Die Kompakthöhle magnetron Tube hat drastisch die Größe von Radarsätzen reduziert, so dass sie im U-Boot-Abwehrflugzeug und den Eskorte-Schiffen installiert werden konnten. Zurzeit wird Höhle magnetrons in Mikrowellengeräten und in verschiedenen Radaranwendungen allgemein verwendet.

Aufbau und Operation

Die ganze Höhle magnetrons besteht aus einer heißen Kathode mit einem hohen (dauernd, oder hat pulsiert) das negative Potenzial durch eine Hochspannung, direkt-aktuelle Macht-Versorgung. Die Kathode wird ins Zentrum eines ausgeleerten, gelobbten, kreisförmigen Raums eingebaut. Eine magnetische Feldparallele zum Glühfaden wird durch einen dauerhaften Magnet auferlegt. Das magnetische Feld verursacht die Elektronen, die vom (relativ) positiven Außenteil des Raums zur Spirale angezogen sind, die in einem kreisförmigen Pfad äußer ist, anstatt sich direkt zu dieser Anode zu bewegen. Unter Drogeneinfluss um den Rand des Raums sind zylindrische Höhlen. Die Höhlen sind entlang ihrer Länge offen und verbinden den allgemeinen Höhle-Raum. Diese Höhlen handeln gerade wie sehr hoch effiziente abgestimmte Stromkreise. Da Elektronen vorbei an diesen Öffnungen kehren, veranlassen sie ein widerhallendes Hochfrequenzradiofeld in der Höhle, die der Reihe nach die Elektronen veranlasst, sich in Gruppen zu bauschen. Der Grundsatz ist dem Schlag eines Stroms von Luft über die offene Spitze einer Glasknall-Flasche sehr ähnlich. Die Höhlen schwingen mit, und strahlen eine starke Radiofrequenz-Energieproduktion aus. Ein Teil dieses Feldes wird mit einer kurzen Antenne herausgezogen, die mit einem Wellenleiter (eine Metalltube gewöhnlich der rechteckigen bösen Abteilung) verbunden wird. Der Wellenleiter leitet die herausgezogene RF Energie zur Last, die ein Kochen-Raum in einem Mikrowellengerät oder einer Antenne des hohen Gewinns im Fall vom Radar sein kann.

Die Größen der Höhlen bestimmen die Resonanzfrequenz, und dadurch die Frequenz von ausgestrahlten Mikrowellen. Jedoch ist die Frequenz nicht genau kontrollierbar. Die Betriebsfrequenz ändert sich mit Änderungen im Lastscheinwiderstand, mit Änderungen im Versorgungsstrom, und mit der Temperatur der Tube. Das ist nicht ein Problem im Gebrauch wie Heizung, oder in einigen Formen des Radars, wo der Empfänger mit einer ungenauen magnetron Frequenz synchronisiert werden kann. Wo genaue Frequenzen erforderlich sind, werden andere Geräte wie der klystron verwendet.

Der magnetron ist ein selbstschwingendes Gerät, das keine Außenelemente außer einer Macht-Versorgung verlangt. Eine bestimmte Schwellenanode-Stromspannung muss angewandt werden, bevor sich Schwingung entwickeln wird; diese Stromspannung ist eine Funktion der Dimensionen der widerhallenden Höhle und das angewandte magnetische Feld. In pulsierten Anwendungen gibt es eine Verzögerung von mehreren Zyklen, bevor der Oszillator volle Maximalmacht erreicht, und die Zunahme der Anode-Stromspannung mit der Zunahme der Oszillator-Produktion koordiniert werden muss.

Der magnetron ist ein ziemlich effizientes Gerät. In einem Mikrowellengerät, zum Beispiel, wird ein 1.1-Kilowatt-Eingang allgemein ungefähr 700 Watt der Mikrowellenmacht, eine Leistungsfähigkeit von ungefähr 65 % schaffen. (Die Hochspannung und die Eigenschaften der Kathode bestimmen die Macht eines magnetron.) Großer S-band magnetrons kann bis zu 2.5 Megawatt Maximalmacht mit einer durchschnittlichen Macht von 3.75 Kilowatt erzeugen. Großer magnetrons kann abgekühltes Wasser sein. Der magnetron bleibt im weit verbreiteten Gebrauch in Rollen, die hohe Macht verlangen, aber wo genaue Frequenzkontrolle unwichtig ist.

Anwendungen

Radar

In Radargeräten wird der Wellenleiter mit einer Antenne verbunden. Der magnetron wird mit sehr kurzen Pulsen der angewandten Stromspannung bedient, auf einen kurzen Puls der hohen Macht-Mikrowellenenergie hinauslaufend, die wird ausstrahlt. Als in allen primären Radarsystemen wird die von einem Ziel widerspiegelte Radiation analysiert, um eine Radarkarte auf einem Schirm zu erzeugen.

Mehrere Eigenschaften der Macht-Produktion des magnetron verabreden sich, Radargebrauch des Geräts etwas problematisch zu machen. Der erste von diesen Faktoren ist die innewohnende Instabilität des magnetron in seiner Sender-Frequenz. Diese Instabilität wird nicht nur als eine Frequenzverschiebung von einem Puls bis das folgende bemerkt, sondern auch eine Frequenzverschiebung innerhalb einer Person hat Puls übersandt. Der zweite Faktor ist, dass die Energie des übersandten Pulses über ein breites Frequenzspektrum ausgebreitet wird, das notwendig sein Empfänger macht, um eine entsprechende breite Selektivität zu haben. Diese breite Selektivität erlaubt umgebendem elektrischem Geräusch, in den Empfänger akzeptiert zu werden, so etwas die erhaltenen Radarechos verdunkelnd, dadurch gesamte Radarleistung reduzierend. Der dritte Faktor, abhängig von der Anwendung, ist das Strahlenrisiko, das durch den Gebrauch der hohen Macht elektromagnetische Radiation verursacht ist. In einigen Anwendungen, zum Beispiel ein auf einem Erholungsbehälter bestiegener Seeradar, wird ein Radar mit einer magnetron Produktion von 2 bis 4 Kilowatt häufig bestiegen sehr in der Nähe von einem Gebiet gefunden, das von der Mannschaft oder den Passagieren besetzt ist. Im praktischen Gebrauch sind diese Faktoren überwunden, oder bloß akzeptiert worden, und es gibt heute Tausende von der magnetron Luftfahrt und den Seeradareinheiten im Betrieb. Neue Fortschritte im Flugwetteraufhebungsradar und im Seeradar haben Halbleiter-Sender erfolgreich durchgeführt, die den magnetron völlig beseitigen.

Heizung

In Mikrowellengeräten führt der Wellenleiter zu einem frequenzdurchsichtigen Radiohafen in den Kochen-Raum.

Beleuchtung

In mikrowellenaufgeregten sich entzündenden Systemen, wie eine Schwefel-Lampe, stellt ein magnetron das Mikrowellenfeld zur Verfügung, das durch einen Wellenleiter zur sich entzündenden Höhle passiert wird, die die Licht ausstrahlende Substanz (z.B, Schwefel, Metallhalogenide, usw.) enthält

Geschichte

Der erste einfache Zwei-Pole-magnetron wurde 1920 von Albert Hull an den Forschungslabors des General Electric (Schenectady, New York) als ein Auswuchs seiner Arbeit an der magnetischen Kontrolle von Vakuumtuben in einem Versuch entwickelt, um die Patente zu arbeiten, die von Lee De Forest auf der elektrostatischen Kontrolle gehalten sind.

Der magnetron des Rumpfs war nicht ursprünglich beabsichtigt, um VHF (sehr hohe Frequenz zu erzeugen) elektromagnetische Wellen. Jedoch, 1924, tschechischer Physiker August haben Žáček (1886-1961) und deutscher Physiker Erich Habann (1892-1968) unabhängig entdeckt, dass der magnetron Wellen von 100 Megahertz bis 1 Gigahertz erzeugen konnte. Žáček, ein Professor an Prags Universität von Charles, hat zuerst veröffentlicht; jedoch hat er in einer Zeitschrift mit einem kleinen Umlauf veröffentlicht und hat so wenig Aufmerksamkeit angezogen. Habann, ein Student an der Universität von Jena, hat den magnetron für seine Doktorarbeit von 1924 untersucht. Im Laufe der 1920er Jahre haben Rumpf und andere Forscher um die Welt gearbeitet, um den magnetron zu entwickeln. Die meisten von diesen früh magnetrons waren Glasvakuumtuben mit vielfachen Anoden. Jedoch hatten der Zwei-Pole-magnetron, auch bekannt als eine Spalt-Anode magnetron, relativ niedrige Leistungsfähigkeit. Die Höhle-Version (richtig gekennzeichnet als eine widerhallende Höhle magnetron) hat sich erwiesen, viel nützlicher zu sein. Eine frühe Mehrhöhle-Version des magnetron wurde vom Bukarester Ordentlichen Professoren Theodor V. Ionescu. berichtet und ist in 1937-1940 durch eine ähnliche Mehrhöhle magnetron gebaut vom britischen Physiker, Herrn John Turton Randall, FRSE zusammen mit einer Mannschaft von britischen Mitarbeitern für die Briten und den Amerikaner, die militärischen Radarinstallationen in WWII gefolgt.

Während Radar während des Zweiten Weltkriegs entwickelt wurde, dort ist ein dringendes Verlangen für einen Hochleistungsmikrowellengenerator entstanden, der an kürzeren Wellenlängen (ungefähr 10 Cm (3 GHz)) aber nicht die 150 Cm (200 MHz) gearbeitet hat, der von Tube-basierten Generatoren der Zeit verfügbar war. Es war bekannt, dass eine Mehrhöhle widerhallender magnetron entwickelt und 1935 von Hans Hollmann in Berlin, und unabhängig 1935 vom Physiker Theodor V. Ionescu in Rumänien patentiert worden war. Jedoch hat das deutsche Militär gedacht, dass der Frequenzantrieb des Geräts von Hollman unerwünscht war, und hat ihre Radarsysteme auf dem klystron stattdessen gestützt. Aber klystrons konnte die hohe Macht-Produktion nicht damals erreichen, die magnetrons schließlich erreicht hat. Das war ein Grund, dass deutsche Nachtkämpfer-Radare nicht ein Match für ihre britischen Kollegen waren.

1940, an der Universität Birminghams im Vereinigten Königreich, haben John Randall und Harry Boot einen Arbeitsprototyp erzeugt, der der Höhle von Hollman magnetron ähnlich ist, aber haben das flüssige Abkühlen und eine stärkere Höhle hinzugefügt. Randall und Boot haben bald geschafft, seine Macht-Produktion 100 Falte zu vergrößern. Anstatt das magnetron erwartete zu seiner Frequenzinstabilität aufzugeben, haben sie das Produktionssignal probiert und sind gleichzeitig gewesen ihr Empfänger zu beliebiger Frequenz wurde wirklich erzeugt. 1941 wurde das Problem der Frequenzinstabilität durch die Kopplung behoben, die abwechselnde Höhlen innerhalb des magnetron (festschnallt).

Weil Frankreich gerade den Nazis gefallen war und Großbritannien kein Geld hatte, um den magnetron auf einer massiven Skala zu entwickeln, hat Churchill zugegeben, dass Herr Henry Tizard den magnetron den Amerikanern als Entgelt für ihre Finanz- und Industriehilfe (die Mission von Tizard) anbieten sollte. Eine frühe 6-Kilowatt-Version, die in England durch die Forschungslabors von General Electric Company, Wembley, London gebaut ist (um mit der ähnlich genannten amerikanischen Gesellschaft General Electric nicht verwirrt zu sein), wurde der US-Regierung im September 1940 gegeben. Zurzeit hatte der mächtigste gleichwertige Mikrowellenerzeuger, der in den Vereinigten Staaten (ein klystron) verfügbar ist, eine Macht von nur zehn Watt. Die Höhle magnetron wurde während des Zweiten Weltkriegs in der Mikrowellenradarausrüstung weit verwendet und wird häufig das Geben Verbündeten Radars ein beträchtlicher Leistungsvorteil gegenüber deutschen und japanischen Radaren zugeschrieben, so direkt das Ergebnis des Krieges beeinflussend. Es wurde später durch Amerika als "die wertvollste zu unseren Küsten jemals gebrachte Ladung" beschrieben.

Die Glockentelefonlaboratorien haben eine erzeugbare Version vom magnetron geliefert nach Amerika durch die Tizard Mission gemacht, und bevor das Ende von 1940 das Strahlenlaboratorium auf dem Campus des Instituts von Massachusetts für die Technologie aufgestellt worden war, um verschiedene Typen des Radars mit dem magnetron zu entwickeln. Bis zum Anfang 1941 wurden tragbare centimetric Bordradare im amerikanischen und britischen Flugzeug geprüft. Gegen Ende 1941 hat die Fernmeldeforschungserrichtung in Großbritannien den magnetron verwendet, um einen revolutionären Boden kartografisch darstellenden Bordradar codenamed H2S zu entwickeln. Der H2S Radar wurde teilweise von Alan Blumlein und Bernard Lovell entwickelt.

Radar von Centimetric, gemacht möglich durch die Höhle magnetron, hat die Entdeckung von viel kleineren Gegenständen und den Gebrauch von viel kleineren Antennen berücksichtigt. Die Kombination der kleinen Höhle magnetrons, kleinen Antennen und hohen Entschlossenheit hat kleinen, hohen Qualitätsradaren erlaubt, im Flugzeug installiert zu werden. Sie konnten durch das Seepatrouilleflugzeug verwendet werden, um Gegenstände so klein zu entdecken, wie ein Unterseebootperiskop, das Flugzeug erlaubt hat, untergetauchte Unterseeboote anzugreifen und zu zerstören, die vorher von der Luft unfeststellbar gewesen waren. Kontur-Radare des kartografisch darstellenden von Centimetric wie H2S haben die Genauigkeit von Verbündeten in der strategischen Bombardierungskampagne verwendeten Bombern verbessert. Radare des Pistole-Legens von Centimetric waren ebenfalls viel genauer als die ältere Technologie. Sie haben die groß geschossenen Verbündeten Kriegsschiffe tödlicher und zusammen mit dem kürzlich entwickelten Nähe-Zünder gemacht, haben Fliegerabwehrpistolen viel gefährlicher zum Angreifen des Flugzeuges gemacht. Den zwei verbunden zusammen und verwendet durch Fliegerabwehrbatterien, die entlang der Flugroute von deutschem v-1 fliegende Bomben auf ihrem Weg nach London gelegt sind, wird das Zerstören von vielen der fliegenden Bomben zugeschrieben, bevor sie ihr Ziel erreicht haben.

Seitdem sind viele Millionen der Höhle magnetrons verfertigt worden; während einige für den Radar gewesen sind, ist die große Mehrheit für Mikrowellengeräte gewesen. Der Gebrauch im Radar selbst hat einigermaßen abgenommen, weil genauere Signale allgemein erforderlich gewesen sind und sich Entwickler zu klystron und Tube-Systemen der Reisen-Welle für diese Bedürfnisse bewegt haben.

Gesundheitsrisikos

Unter mehr spekulativen Gefahren sind mindestens ein insbesondere weithin bekannt und dokumentiert. Da die Linse des Auges keinen kühl werdenden Blutfluss hat, ist es für die Überhitzung, wenn ausgestellt, zur Mikrowellenradiation besonders anfällig. Diese Heizung kann der Reihe nach zu einem höheren Vorkommen des grauen Stars im späteren Leben führen. Ein Mikrowellengerät mit einer verzogenen Tür oder dem schlechten Mikrowellensiegeln kann gefährlich sein.

Es gibt auch eine beträchtliche elektrische Gefahr um magnetrons, weil sie eine Hochspannungsmacht-Versorgung verlangen.

Einige magnetrons haben Beryllium-Oxyd (beryllia) keramische Isolatoren, die, wenn zerquetscht und eingeatmet gefährlich sind, oder sonst aufgenommen haben. Einzelne oder chronische Aussetzung kann zu berylliosis, einer unheilbaren Lungenbedingung führen. Außerdem wird beryllia als ein ratifiziertes menschliches Karzinogen durch den IARC verzeichnet; deshalb sollten gebrochene keramische Isolatoren oder magnetrons nicht direkt behandelt werden.

Siehe auch

• Klystron
• Tube der Reisen-Welle
• Verstärker des durchquerten Feldes
• Maser
• Strahlenlaboratorium

Links

Information

• Magnetrons
• Sammlung von Magnetron im Virtuellen Klappe-Museum
• MicrowaveCam.com Videos von plasmoids, der in einem Mikrowellengerät geschaffen ist
• TMD Magnetrons Information und PDF Datenplatten
• (Titel ist etwas rätselhaft) der Kurze, namentlich ausgezeichnete Artikel über magnetrons; Abb. 13 ist einen modernen Radar magnetron vertretend.

Patente