Magnetronen Viktig komponent i radar og mikrobølgjeovn Enkel modell for virkemåten til magnetronen Går ikkje inn på detaljert forklaring av vekselverknaden mellom elektronar og elektromagnetiske felt Førsteamanuensis Lars Olav Tveita, Sjøkrigsskolen

Magnetron Katode

Magnetron - elektronbanar Elektrisk kraft akselererer elektron mot anode: Magnetisk kraft bøyer av elektronbanen: Banen til eit enkelt elektron er (for gitt verdi av E- og B-felt) i første omgang berre avhengig av utgangsvinkel. Seinare vil også dei induserte felta påverke elektronbanane.

Magnetron - elektronbanar Sirkelbane med radius r rundt katoden er mulig dersom: NB! Dette er ei grov tilnærming for å vise dimensjonering av magnetfelt. Nøyaktig radarfrekvens er bestemt av induktans L og kapasitans C til hulromma.

Magnetron - induserte felt Det blir etablert induserte elektriske felt mellom hulrom- segmenta Ved punkt B blir elektronane retardert i forhold til rotasjonsretning Ved punkt A blir elektronane akselerert i forhold til rotasjonsretning. Resultatet er at det blir danna ”eiker” som i eit hjul. ”Eikene” er elektronskyer som roterer med ein rotasjonsfrekvens f r nær syklotronfrekvensen f c Eit bestemt hulrom blir passert med frekvens f = 4 f r

Slik oppstår det induserte feltet Når den negative elektronskya passerer eit segment oppstår det ein strøm I som flyttar ladning mellom segmenta. Strømmen I induserer eit magnetfelt B inne i hulrommet. Hulrommet er ein spole med N=1 vikling, lengde l, tverrsnitt A og induktans L Segmenta dannar platekondensatorar med indusert elektrisk felt E og med kapasitans C Hulrommet blir ei svingekrets med resonansfrekvens: Justerer frekvensen ved å endre k r, skruer inn jern i hulrom f.eks. Elektronsky (negativ) + B - I E x x x

Magnetron-uttak av energi B Med magnetisk dipolantenneDirekte ut i bølgeleder

Oppgåver magnetron Juster dimensjoneringa av segmenta og hulromma til resonansfrekvensen=radarfrekvensen. Målet med oppgåvene er konkretisere virkemåten til magnetronen, å setja teknologien i samanheng med fysikk- og elektro-teori og å gi eleven inntrykk av dimensjoneringa av magnetronen. Det sylindriske rommet mellom anode og katode i ein magnetron har radius a=1,0 cm. Spenninga på katoden er -20kV. Katode har radius b=1,0 mm. Magnetronen har 8 hulrom. Finn farten til eit elektron like før det treffer anoden. Vurder om vi må rekne relativistisk. Finn elektrisk kraft på elektronet der. Finn magnetfeltet (B) som trengs for saman med E-feltet å halde eit elektron med denne farten i sirkelbane her. Finn vinkelfarten, rotasjonsfrekvensen og radarfrkvensen denne sirklingsfarten vil gi. Finn magnetisk kraft på elektronet. Ville det vera grov tilnærming å sjå bort frå elektrisk kraft når vi reknar ut rotasjonsfrekvensen? Ei elektromagnetisk bølgje forplantar seg i innerveggen av anoden (slow wave structure). Kva fart går denne bølgja med? Vi ser på eit hulrom som ein spole med 1 vinding, diameter 3 mm og lengde 10 mm, og opninga mellom anodesegmenta som ein platekondensator med plateavstand 1 mm og areal 0,5 cm 2. Rekn ut tilnærma verdiar for induktans L og kapasitanc C. Finn resonansfrekvens for LC-koplinga. i

Fasit magnetronoppgåver

Magnetronsimulator 1. Legg inn dataene frå magnetronoppgåva i magnetronsimulatoren. 2. Juster dimensjoneringa av hulromma (og evt. relativ permeabilitet) til resonansfrekvensen er lik radarfrekvrensen.Klikk på biletet av Excel-reknearket for å starte Excel!