마그네트론의 작동 원리
마그네트론(Magnetron) - 초고주파 진동(마이크로파 진동)의 생성이 전자 흐름을 속도 측면에서 변조하여 수행되는 특수 전자 장치입니다. 마그네트론은 고주파 및 초고주파 전류로 가열 응용 분야를 크게 확장했습니다.
Amplitrons (platinotrons), klystrons 및 동일한 원리에 기반한 진행파 램프는 덜 일반적입니다.
마그네트론은 고전력 마이크로파 주파수의 가장 진보된 발생기입니다. 전기장과 자기장에 의해 제어되는 전자빔이 있는 잘 진공화된 램프입니다. 이를 통해 상당한 전력에서 매우 짧은 파동(최대 1센티미터)을 얻을 수 있습니다.
마그네트론은 음극과 양극 사이의 환형 갭에서 생성된 상호 수직인 전기장 및 자기장에서 전자의 이동을 사용합니다. 전극 사이에 양극 전압이 가해져 가열 된 음극에서 제거 된 전자가 양극으로 돌진하는 영향으로 방사형 전기장을 생성합니다.
양극 블록은 전자석의 극 사이에 배치되어 마그네트론 축을 따라 향하는 환형 간격에 자기장을 생성합니다. 자기장의 영향으로 전자는 반경 방향에서 벗어나 복잡한 나선형 궤적을 따라 움직입니다. 음극과 양극 사이의 공간에는 스포크가 있는 바퀴의 허브를 연상시키는 혀가 있는 회전하는 전자 구름이 형성됩니다. 양극 캐비티 공진기의 슬롯을 지나 날아가는 전자는 고주파 진동을 자극합니다.
쌀. 1. 마그네트론 양극 블록
공동 공진기 각각은 분산 매개변수가 있는 진동 시스템입니다. 전기장은 슬롯에 집중되고 자기장은 캐비티 내부에 집중됩니다.
마그네트론의 출력 에너지는 하나 이상의 인접한 공진기에 배치된 유도 루프를 통해 실현됩니다. 동축 케이블은 부하에 전원을 공급합니다.
쌀. 2. 마그네트론 장치
마이크로파 전류로 가열하는 것은 원형 또는 직사각형 단면이 있는 도파관 또는 체적 공진기에서 수행됩니다. 전자파 가장 간단한 형태는 TE10(H10)(도파관) 또는 TE101(공동 공진기)입니다. 가열 대상물에 전자파를 방출하여 가열할 수도 있습니다.
마그네트론은 단순화된 정류기 회로를 통해 정류된 전류로 전원을 공급받습니다. 초저전력 장치는 AC 전원을 공급받을 수 있습니다.
마그네트론은 0.5~100GHz의 다양한 주파수에서 작동할 수 있으며, 연속 모드에서는 몇 W에서 수십 kW의 전력으로, 펄스 모드에서는 주로 분수에서 수십 마이크로초까지의 펄스 지속 시간으로 10W에서 5MW의 전력으로 작동할 수 있습니다.
쌀. 2. 전자레인지의 마그네트론
장치의 단순성과 마그네트론의 상대적으로 저렴한 비용은 고강도 가열 및 마이크로파 전류의 다양한 응용과 결합되어 다양한 산업 분야, 농업(예: 유전체 가열 설비) 및 집에서(전자레인지).
마그네트론 작동
그래서 마그네트론 전등 초고주파 진동(데시미터 및 센티미터파 범위)을 생성하는 데 사용되는 특수 설계 그 특성은 영구 자기장을 사용하는 것입니다(램프 내부의 전자 이동에 필요한 경로 생성). 마그네트론이 그 이름을 얻었습니다.
M. A. Bonch-Bruevich가 처음 제안하고 소비에트 엔지니어 D. E. Malyarov와 N. F. Alekseev가 실현한 다중 챔버 마그네트론은 전자관과 볼륨 공진기의 조합입니다. 마그네트론에는 이러한 공동 공진기가 여러 개 있으므로 이러한 유형을 다중 챔버 또는 다중 공동이라고 합니다.
다중 챔버 마그네트론의 설계 및 작동 원리는 다음과 같습니다. 장치의 양극은 구멍이있는 여러 개의 구멍이있는 내부 표면에 거대한 중공 실린더이며 (이 구멍은 체적 공진기 임) 음극은 실린더 축을 따라 위치합니다.
마그네트론은 실린더 축을 따라 향하는 영구 자기장에 배치됩니다. 이 자기장의 측면에 있는 음극에서 탈출하는 전자는 다음에 의해 영향을 받습니다. 로렌츠 힘, 전자의 경로를 구부립니다.
자기장은 대부분의 전자가 양극에 닿지 않는 곡선 경로를 따라 이동하도록 선택됩니다. 장치 카메라(공동 공진기)가 나타나면 전기 진동 (예를 들어 양극 전압을 켠 결과와 같이 다양한 이유로 부피의 작은 변동이 항상 발생합니다.) 교류 전기장은 챔버 내부뿐만 아니라 외부, 구멍(슬롯) 근처에도 존재합니다.
양극 근처를 비행하는 전자는 이러한 장으로 떨어지며 장의 방향에 따라 가속하거나 감속합니다. 전자가 필드에 의해 가속되면 공진기에서 에너지를 가져오고 반대로 감속되면 에너지의 일부를 공진기에 포기합니다.
가속 전자와 감속 전자의 수가 같으면 평균적으로 공진기에 에너지를 공급하지 않습니다. 그러나 속도가 느려진 전자는 양극으로 이동할 때 얻는 것보다 속도가 느립니다. 따라서 더 이상 음극으로 돌아갈 충분한 에너지가 없습니다.
반대로, 공진기 장에 의해 가속된 전자는 음극으로 돌아가는 데 필요한 것보다 더 큰 에너지를 갖게 됩니다. 따라서 첫 번째 공진기의 필드에 들어가는 전자는 그 안에서 가속되어 음극으로 돌아가고 느려진 전자는 음극으로 돌아 가지 않고 양극 근처의 곡선 경로를 따라 이동하여 떨어집니다. 다음 공진기의 필드로.
적절한 이동 속도(공진기의 진동 주파수와 관련됨)에서 이러한 전자는 첫 번째 공진기의 필드에서와 동일한 위상의 진동을 가진 두 번째 공진기의 필드로 떨어지므로 , 두 번째 공진기 분야에서도 속도가 느려집니다.
따라서 전자 속도의 적절한 선택, 즉애노드 전압 (전자의 속도를 변경하지 않고 방향을 변경하는 자기장뿐만 아니라) 개별 전자가 단 하나의 공진기 필드에 의해 가속되는 상황을 달성하는 것이 가능합니다. 또는 여러 공진기의 필드에 의해 감속됩니다.
따라서 전자는 평균적으로 공진기에서 빼앗는 것보다 더 많은 에너지를 공진기에 제공합니다. 즉, 공진기에서 발생하는 진동이 증가하고 결국 일정한 진폭의 진동이 발생합니다.
공진기에서 진동을 유지하는 과정은 공진기의 장에 의해 감속되기 위해 전자가 특정 진동 단계에서이 장으로 날아 가야하기 때문에 우리가 단순화 된 방식으로 고려한 또 다른 중요한 현상을 동반합니다. 공진기의 특성은 분명히 불균일한 흐름으로 움직여야 한다는 것입니다.
이를 위해 전체 전자 흐름은 전자가 별도의 빔으로 내부로 이동하는 별과 같아야하며 전체 별은 빔이 각 챔버에 들어오는 속도로 마그네트론 축을 중심으로 회전합니다. 적절한 순간. 전자빔에서 별도의 빔을 형성하는 과정을 위상 포커싱이라고 하며 공진기의 가변 필드의 작용에 따라 자동으로 수행됩니다.
최신 마그네트론은 센티미터 범위에서 최대 주파수(최대 1cm 이하의 파동)까지 진동을 생성하고 연속 방사로 수백 와트, 펄스 방사로 수백 킬로와트까지 전력을 공급할 수 있습니다.