マグネトロンの仕組みと仕組み
マグネトロン - 電子の流れを速度で変調することによって超高周波振動（マイクロ波振動）の生成が行われる特別な電子デバイス。マグネトロンは、高周波および超高周波電流による加熱の応用分野を大幅に拡大しました。
同じ原理に基づいたアンプリトロン (プラティノトロン)、クライストロン、進行波ランプはあまり一般的ではありません。
マグネトロンは、高出力マイクロ波周波数の最先端の発生器です。これは、電場と磁場によって制御される電子ビームを備えた十分に排気されたランプです。これらにより、かなりの出力で非常に短い波（最大 1 センチメートルの何分の 1）を取得することが可能になります。
マグネトロンは、カソードとアノードの間の環状ギャップに生成される相互に垂直な電界と磁界における電子の動きを利用します。陽極電圧が電極間に印加され、放射状の電場が生成され、その影響下で加熱された陰極から取り出された電子が陽極に流れ込みます。
アノード ブロックは電磁石の極の間に配置され、マグネトロンの軸に沿って方向付けられた環状ギャップ内に磁場を生成します。電子は磁場の影響により半径方向から外れ、複雑な螺旋軌道を描きます。陰極と陽極の間の空間には、スポークのついた車輪のハブを思わせる、舌のある回転電子雲が形成されます。電子はアノード空洞共振器のスロットを通過して、その中で高周波振動を励起します。
米。 1. マグネトロン陽極ブロック
各空洞共振器は、分布パラメータを持つ振動システムです。電場はスロット内に集中し、磁場はキャビティ内に集中します。
マグネトロンからの出力エネルギーは、1 つ以上、場合によっては 2 つの隣接する共振器に配置された誘導ループによって実現されます。同軸ケーブルは負荷に電力を供給します。
米。 2. マグネトロン装置
マイクロ波電流による加熱は、円形または長方形の断面を備えた導波管内、または体積共振器内で行われます。 電磁波 最も単純な形式は、TE10 (H10) (導波路内) または TE101 (空洞共振器内) です。電磁波を被加熱物に照射して加熱することもできます。
マグネトロンは、簡素化された整流回路を使用して整流された電流によって電力を供給されます。非常に低電力のユニットはAC電源で駆動できます。
マグネトロンは、0.5 ～ 100 GHz のさまざまな周波数で動作でき、出力は連続モードで数 W ～ 10 kW、パルス モードでは 10 W ～ 5 MW で、パルス持続時間は主に数分の一から数十マイクロ秒です。
米。 2. 電子レンジのマグネトロン
装置の単純さと比較的低コストのマグネトロンは、高強度の加熱とマイクロ波電流の多様な応用と組み合わされて、工業、農業（例えば、 誘電加熱設備）と自宅（電子レンジ）。
マグネトロンの動作
それがマグネトロンです 電灯 超高周波振動（デシメートル波とセンチメートル波の範囲）を生成するために使用される特別な設計で、その特徴は永久磁場の使用です（ランプ内の電子の移動に必要な経路を作成するため）。これがマグネトロンの名前の由来です。
マルチチャンバーマグネトロンは、M.A.ボンシュ=ブリュエヴィッチによって最初に提案され、ソビエトのエンジニアであるD.E.マリャロフとN.F.アレクセーエフによって実現されたアイデアであり、電子管と体積共振器を組み合わせたものです。マグネトロンにはこれらの空洞共振器がいくつかあるため、このタイプはマルチチャンバーまたはマルチキャビティと呼ばれます。
マルチチャンバーマグネトロンの設計と動作原理は次のとおりです。デバイスの陽極は巨大な中空円筒であり、その内面には穴のある多数の空洞が作られており（これらの空洞は体積共振器です）、陰極は円筒の軸に沿って配置されています。
マグネトロンは、円筒の軸に沿った永久磁場の中に置かれます。この磁場側のカソードから逃げる電子は、次の影響を受けます。 ローレンツ力、電子の経路を曲げます。
磁場は、電子の大部分が陽極に触れない曲線経路に沿って移動するように選択されます。デバイスのカメラ（空洞共振器）が表示される場合 電気振動 （体積の小さな変動は、さまざまな理由で常に発生します。たとえば、アノード電圧をオンにした結果）、交流電場はチャンバーの内部だけでなく、外部の穴（スロット）の近くにも存在します。
アノードの近くを飛んでいる電子はこれらの場に落ち、場の方向に応じてその中で加速または減速します。電子が場によって加速されるとき、電子は共振器からエネルギーを受け取ります。逆に、電子が減速されるとき、電子はそのエネルギーの一部を共振器に与えます。
加速された電子と減速された電子の数が同じである場合、平均して、それらは共振器にエネルギーを与えません。しかし、減速された電子は、陽極に移動するときの速度よりも遅くなります。したがって、カソードに戻るのに十分なエネルギーがなくなりました。
逆に、共振器場によって加速された電子は、陰極に戻るのに必要なエネルギーよりも大きなエネルギーを保有します。したがって、最初の共振器の場に入り、そこで加速された電子は陰極に戻り、その中で減速された電子は陰極に戻らず、陽極近くの湾曲した経路に沿って移動して落下します。次の共振器のフィールドに。
適切な移動速度（共振器の振動周波数に何らかの関係がある）では、これらの電子は、最初の共振器の場と同じ振動位相で 2 つ目の共振器の場に落ちます。 、2番目の共振器のフィールドでも、速度が低下します。
したがって、電子速度を適切に選択すると、つまりアノード電圧（および電子の速度は変えないが方向を変える磁場）により、個々の電子が 1 つの共振器のみの場によって加速される、またはまたは、いくつかの共振器の場によって減速されます。
したがって、電子は平均して、共振器から奪うエネルギーよりも多くのエネルギーを共振器に与えることになります。つまり、共振器内で発生する振動が増加し、最終的には一定振幅の振動が共振器内で確立されます。
私たちが単純化して考えた、共振器内の振動を維持するプロセスには、別の重要な現象が伴います。電子は、共振器の場によって減速されるために、振動の特定の位相でこの場に飛び込む必要があるからです。共振器の重要な点は、明らかに、それらが不均一な流れで移動しなければならないということです (t. その場合、それらは特定の時間ではなく、いつでも共振器フィールドに入るでしょうが、個々の束の形で)。
このためには、電子の流れ全体が星のようでなければならず、その中で電子が別々のビームで内部を移動し、星全体が全体としてマグネトロンの軸の周りを、そのビームが各チャンバーに入るような速度で回転します。正しい瞬間を。電子ビーム内で個別のビームを形成するプロセスは位相集束と呼ばれ、共振器の可変場の作用下で自動的に実行されます。
最新のマグネトロンは、センチメートル範囲の最高周波数までの振動（最大 1 cm、またはそれより短い波）を生成し、連続放射で最大数百ワット、パルス放射で数百キロワットの電力を供給することができます。
以下も参照してください。電気工学およびエネルギーにおける永久磁石の使用例