Магнетрон полости , или не совсем точно сводится просто к магнетрону , является мощной вакуумной трубкой , который генерирует микроволны , используя взаимодействие потока электронов с магнитным полем при перемещении мимо ряда открытых металлических полостей ( полость резонаторы ). Электроны проходят через отверстия в эти полости и заставляют микроволны колебаться внутри, подобно тому, как свисток издает звук при возбуждении воздушным потоком, проходящим мимо его отверстия. Частота микроволн производства, на резонансной частоте, определяется физическими размерами полостей. В отличие от других электронных ламп, таких как клистрон или лампа бегущей волны (ЛБВ), магнетрон не может работать как усилитель для увеличения интенсивности подаваемого микроволнового сигнала; магнетрон служит исключительно в качестве генератора , генерируя микроволновый сигнал из электричества постоянного тока, подаваемого на вакуумную трубку.
Применение магнитных полей в качестве средства для управления потоком электрического тока было ускорено введением Audion по Ли де Форест в 1906 году Альберт Халл из Генеральной лаборатории исследования электрической начал разработку магнетронов как способ избежать де патентов леса , [1] но они никогда не были полностью успешными. Другие экспериментаторы подхватили работу Халла, и ключевое достижение - использование двух катодов - было введено Хабанном в Германии в 1924 году. Дальнейшие исследования были ограничены до японской статьи Окабе 1929 года, в которой отмечалось получение сигналов сантиметровой длины волны, что вызвало интерес во всем мире. . Разработка магнетронов с несколькими катодами была предложена А.Л. Самуэлем изBell Telephone Laboratories в 1934 году, что привело к созданию хорошо известных разработок Постумуса в 1934 году и Ганса Холлманна в 1935 году. Производство было взято на себя Philips , General Electric Company (GEC), Telefunken и другими, ограниченная мощностью примерно 10 Вт. К этому времени клистрон вырабатывал большую мощность, а магнетрон не получил широкого распространения, хотя устройство мощностью 300 Вт было построено Алексереевым и Малеаровым в СССР в 1936 году (опубликовано в 1940 году). [1]
Полости магнетрона было радикальное улучшение введено Джон Рэндалл и Гарри Ботинок в Университете Бирмингема , Англия в 1940 году [2] Их первый рабочий пример производства сотен ватт на 10 см длины волны, что является беспрецедентным достижением. [3] В течение нескольких недель инженеры GEC улучшили это значение до более чем киловатт, а в течение нескольких месяцев - 25 киловатт, более 100 к 1941 году и приближающиеся к мегаватту к 1943 году. Импульсы большой мощности генерировались устройством размером с небольшая книга и трансляция с антенны длиной всего в сантиметры, что на порядки уменьшает размер практических радиолокационных систем. [4]Появились новые радары для ночных истребителей , противолодочных самолетов и даже для самых маленьких кораблей сопровождения [4], и с этого момента союзники во время Второй мировой войны стали лидерами в области радаров, которые их коллеги в Германии и Японии никогда не могли закрыть. . К концу войны практически все радары союзников были основаны на магнетроне.
Магнетрон продолжал использоваться в радарах в послевоенный период, но потерял популярность в 1960-х годах, когда появились мощные клистроны и ЛБВ. Ключевой характеристикой магнетрона является то, что его выходной сигнал изменяется от импульса к импульсу как по частоте, так и по фазе. Это делает его менее подходящим для сравнения импульсов для выполнения индикации движущейся цели и устранения " помех " с дисплея радара. [5] Магнетрон по-прежнему используется в некоторых радиолокационных системах, но стал гораздо более распространенным в качестве недорогого источника для микроволновых печей . В этой форме сегодня используется более одного миллиарда магнетронов. [5] [6]
Строительство и эксплуатация [ править ]
Обычная конструкция трубки [ править ]
В обычной электронной лампе ( вакуумной лампе ) электроны испускаются из отрицательно заряженного нагретого компонента, называемого катодом, и притягиваются к положительно заряженному компоненту, называемому анодом . Компоненты обычно расположены концентрически, помещены в контейнер трубчатой формы, из которого был откачан весь воздух, так что электроны могут свободно перемещаться (отсюда и название «вакуумные» трубки, которые англичане называют «клапанами»).
Если третий электрод (называемый управляющей сеткой ) вставлен между катодом и анодом, поток электронов между катодом и анодом можно регулировать, изменяя напряжение на этом третьем электроде. Это позволяет полученной электронной лампе (называемой « триодом », потому что теперь она имеет три электрода) функционировать как усилитель, поскольку небольшие изменения электрического заряда, приложенного к управляющей сетке, приведут к идентичным изменениям гораздо большего тока электронов, протекающих между катод и анод. [7]
Корпусный или одноанодный магнетрон [ править ]
Идея использования сетки для управления была запатентована Ли де Форестом , что привело к значительным исследованиям альтернативных конструкций трубок, которые позволили бы избежать его патентов. Одна концепция использовала магнитное поле вместо электрического заряда для управления током, что привело к разработке магнетронной трубки. В этой конструкции трубка была сделана с двумя электродами, обычно с катодом в виде металлического стержня в центре и анодом в виде цилиндра вокруг него. Трубка помещалась между полюсами подковообразного магнита [8] [ необходим лучший источник ], расположенного так, чтобы магнитное поле было направлено параллельно оси электродов.
В отсутствие магнитного поля трубка работает как диод, а электроны текут прямо от катода к аноду. В присутствии магнитного поля электроны будут испытывать силу, перпендикулярную их направлению движения, согласно правилу левой руки . В этом случае электроны движутся по кривой траектории между катодом и анодом. Кривизной пути можно управлять, изменяя магнитное поле, используя электромагнит , или изменяя электрический потенциал между электродами.
При очень высоких настройках магнитного поля электроны возвращаются на катод, предотвращая протекание тока. На противоположном конце, без поля, электроны могут свободно течь прямо от катода к аноду. Существует точка между двумя крайностями, то критическое значение или корпуса магнитного поля отсечки (и отключения напряжения), где электроны только достигают анода. В полях около этой точки устройство работает как триод. Однако магнитное управление из-за гистерезиса и других эффектов приводит к более медленному и менее точному отклику на управляющий ток, чем электростатическое управление с использованием управляющей сетки в обычном триоде (не говоря уже о большем весе и сложности), поэтому магнетроны видели ограниченное использование в обычные электронные конструкции.
Было замечено, что когда магнетрон работал при критическом значении, он излучал энергию в радиочастотном спектре. Это происходит потому, что несколько электронов вместо того, чтобы достичь анода, продолжают вращаться в пространстве между катодом и анодом. Из-за эффекта, теперь известного как циклотронное излучение , эти электроны излучают радиочастотную энергию. Эффект не очень эффективный. В конце концов электроны попадают на один из электродов, поэтому количество в состоянии циркуляции в любой момент времени составляет небольшой процент от общего тока. Было также замечено, что частота излучения зависит от размера трубки, и даже были построены первые образцы, которые генерировали сигналы в микроволновом диапазоне.
Ранние традиционные ламповые системы были ограничены диапазонами высоких частот , и хотя очень высокочастотные системы стали широко доступны в конце 1930-х годов, сверхвысокочастотные и микроволновые области были далеко за пределами возможностей обычных цепей. Магнетрон был одним из немногих устройств, способных генерировать сигналы в микроволновом диапазоне, и он был единственным, кто мог производить высокую мощность на сантиметровых длинах волн.
Магнетрон с разделенным анодом [ править ]
Первоначальный магнетрон было очень трудно поддерживать при критическом значении, и даже тогда количество электронов в состоянии вращения в любой момент времени было довольно низким. Это означало, что он давал очень маломощные сигналы. Тем не менее, как одно из немногих устройств, которые, как известно, создают микроволны, интерес к нему и потенциальным улучшениям был широко распространен.
Первым серьезным усовершенствованием стал магнетрон с разъемным анодом , также известный как магнетрон с отрицательным сопротивлением . Как следует из названия, в этой конструкции использовался анод, который был разделен на две части - по одному на каждом конце трубки - создавая два полуцилиндра. Когда оба были заряжены одинаковым напряжением, система работала как оригинальная модель. Но, немного изменив напряжение двух пластин , траектория электрона может быть изменена так, чтобы они естественным образом двигались в сторону более низкого напряжения. Пластины были подключены к генератору, который менял относительное напряжение двух пластин на заданную частоту. [8]
В любой момент электрон, естественно, будет подталкиваться к стороне трубки с более низким напряжением. Затем электрон будет колебаться взад и вперед при изменении напряжения. В то же время прилагается сильное магнитное поле, более сильное, чем критическое значение в исходной конструкции. Обычно это заставляет электрон возвращаться к катоду, но из-за колеблющегося электрического поля электрон вместо этого следует по круговой траектории, которая продолжается к анодам. [8]
Поскольку все электроны в потоке испытывали это циклическое движение, количество излучаемой высокочастотной энергии было значительно улучшено. А поскольку движение происходило при любом уровне поля, превышающем критическое значение, больше не было необходимости тщательно настраивать поля и напряжения, и общая стабильность устройства была значительно улучшена. К сожалению, более высокое поле также означало, что электроны часто возвращались к катоду, передавая на него свою энергию и вызывая его нагрев. Поскольку это обычно вызывает высвобождение большего количества электронов, это иногда может привести к эффекту убегания, повреждая устройство. [8]
Полость магнетрона [ править ]
Большим достижением в конструкции магнетрона стал магнетрон с резонансным резонатором или магнетрон с электронным резонансом , который работает на совершенно иных принципах. В этой конструкции колебания создаются физической формой анода, а не внешними цепями или полями.
Механически магнетрон с резонатором состоит из большого сплошного металлического цилиндра с отверстием, просверленным в центре круглой поверхности. Проволока, действующая как катод, проходит по центру этого отверстия, а металлический блок сам образует анод. Вокруг этого отверстия, известного как «пространство взаимодействия», имеется ряд аналогичных отверстий («резонаторов»), просверленных параллельно пространству взаимодействия, соединенных с пространством взаимодействия коротким каналом. Получившийся блок выглядит примерно как цилиндр револьвера с несколько большим центральным отверстием. (Ранние модели на самом деле были вырезаны с помощью приспособлений для пистолета Кольта ) [9] Помня, что в цепи переменного тока электроны движутся по поверхности, а не по сердцевине проводника, параллельные стороны прорези действуют какконденсатор, а круглые отверстия образуют индуктор : LC-контур из сплошной меди, резонансная частота которого полностью определяется его размерами.
Магнитное поле установлено на значение значительно ниже критического, поэтому электроны следуют по дуговым путям к аноду. Когда они ударяются об анод, они вызывают отрицательный заряд в этой области. Поскольку этот процесс носит случайный характер, некоторые области станут более или менее заряженными, чем области вокруг них. Анод изготовлен из материала с высокой проводимостью, почти всегда из меди, поэтому эти различия в напряжении вызывают появление токов, которые выравнивают их. Поскольку ток должен течь по внешней стороне полости, этот процесс требует времени. В течение этого времени дополнительные электроны будут избегать горячих точек и оседать дальше вдоль анода, поскольку также поступает дополнительный ток, протекающий вокруг него. Это вызывает образование осциллирующего тока, когда ток пытается выровнять одно пятно, затем другое. [10]
Осциллирующие токи, протекающие вокруг полостей, и их влияние на поток электронов внутри трубки, вызывают генерацию в полостях большого количества микроволновой радиочастотной энергии. Полости открыты с одной стороны, поэтому весь механизм образует один более крупный микроволновый генератор. «Отвод», обычно провод, образованный в виде петли, отбирает микроволновую энергию из одной из полостей. В некоторых системах отводной провод заменяется открытым отверстием, которое позволяет микроволнам проходить в волновод .
Поскольку для настройки колебания требуется некоторое время, и оно изначально является случайным, последующие запуски будут иметь другие выходные параметры. Фаза почти никогда не сохраняется, что затрудняет использование магнетрона в системах с фазированными решетками . Частота также дрейфует от импульса к импульсу, что является более сложной проблемой для более широкого набора радарных систем. Ни то, ни другое не представляет проблемы ни для радаров непрерывного действия , ни для микроволновых печей.
Общие черты [ править ]
Все магнетроны с резонатором состоят из нагреваемого цилиндрического катода с высоким (непрерывным или импульсным) отрицательным потенциалом, создаваемым высоковольтным источником постоянного тока. Катод расположен в центре в эвакуированной , лопастной, круглой металлической камере. Стенки камеры являются анодом трубки. Поле магнитного параллельно оси полости налагаются постоянным магнитом . Электроны первоначально движутся радиально наружу от катода, притягиваясь электрическим полем стенок анода. Магнитное поле заставляет электроны двигаться по спирали наружу по круговой траектории, что является следствием силы Лоренца.. По краю камеры расположены цилиндрические полости. Прорези прорезаются по длине полостей, которые открываются в центральную общую полость. Когда электроны проходят мимо этих щелей, они создают высокочастотное радиополе в каждой резонансной полости, что, в свою очередь, заставляет электроны группироваться в группы. Часть радиочастотной энергии извлекается с помощью короткого контура связи, который соединен с волноводом (металлической трубкой, обычно прямоугольного сечения). Волновод направляет извлеченную радиочастотную энергию на нагрузку, которой может быть камера для приготовления пищи в микроволновой печи или антенна с большим усилением в случае радара.
Размеры полостей определяют резонансную частоту и, следовательно, частоту излучаемых микроволн. Однако частоту нельзя точно контролировать. Рабочая частота изменяется в зависимости от изменения импеданса нагрузки , изменения тока питания и температуры трубки. [11] Это не проблема при использовании, например, нагреве, или в некоторых формах радара, где приемник может быть синхронизирован с неточной частотой магнетрона. Там, где требуются точные частоты, используются другие устройства, например клистрон .
Магнетрон - это автоколебательное устройство, не требующее никаких внешних элементов, кроме источника питания. Перед нарастанием колебаний необходимо приложить четко определенное пороговое анодное напряжение; это напряжение является функцией размеров резонансной полости и приложенного магнитного поля. В импульсных приложениях существует задержка в несколько циклов, прежде чем генератор достигнет полной пиковой мощности, и нарастание анодного напряжения должно координироваться с ростом выходного сигнала генератора. [11]
В случае четного числа полостей два концентрических кольца могут соединять чередующиеся стенки полости, чтобы предотвратить неэффективные режимы колебаний. Это называется пи-перевязкой, потому что две перемычки фиксируют разность фаз между соседними полостями на пи-радианах (180 °).
Современный магнетрон - довольно эффективное устройство. В микроволновой печи, например, входная мощность 1,1 киловатт обычно создает около 700 ватт микроволновой мощности, а эффективность составляет около 65%. (Высокое напряжение и свойства катода определяют мощность магнетрона.) Большие магнетроны S-диапазона могут производить пиковую мощность до 2,5 мегаватт при средней мощности 3,75 кВт. [11] Некоторые большие магнетроны охлаждаются водой. Магнетрон по-прежнему широко используется в ролях, требующих высокой мощности, но где точный контроль частоты и фазы не важен.
Приложения [ править ]
Радар [ править ]
В радаре волновод магнетрона соединен с антенной . Магнетрон работает с очень короткими импульсами приложенного напряжения, в результате чего излучается короткий импульс мощной микроволновой энергии. Как и во всех первичных радиолокационных системах, отраженное от цели излучение анализируется для создания радиолокационной карты на экране.
Некоторые характеристики мощности магнетрона делают использование устройства в радаре несколько проблематичным. Первым из этих факторов является собственная нестабильность частоты передатчика магнетрона. Эта нестабильность приводит не только к сдвигу частоты от одного импульса к другому, но также к сдвигу частоты в пределах отдельного переданного импульса. Второй фактор заключается в том, что энергия передаваемого импульса распространяется по относительно широкому частотному спектру, что требует, чтобы приемник имел соответственно широкую полосу пропускания. Эта широкая полоса пропускания позволяет принимать окружающий электрический шум в приемник, тем самым несколько заглушая слабые эхо-сигналы радара, тем самым снижая общее отношение сигнал / шум приемника.и, следовательно, производительность. Третий фактор, в зависимости от области применения, - это радиационная опасность, вызванная использованием мощного электромагнитного излучения. В некоторых приложениях, например, в морском радаре, установленном на прогулочном судне, радар с мощностью магнетрона от 2 до 4 киловатт часто устанавливается очень близко к зоне, занятой экипажем или пассажирами. На практике эти факторы преодолены или просто приняты, и сегодня в эксплуатации находятся тысячи магнетронных авиационных и морских радаров. Последние достижения в области авиационных радаров предупреждения о погодных условиях и морских радаров успешно заменили магнетрон на полупроводниковые микроволновые генераторы., которые имеют более узкий диапазон выходной частоты. Это позволяет использовать более узкую полосу пропускания приемника, а более высокое отношение сигнал / шум, в свою очередь, позволяет снизить мощность передатчика, уменьшая воздействие ЭМИ.
Отопление [ править ]
В микроволновых печах волновод ведет к радиочастотному прозрачному отверстию в варочной камере. Поскольку фиксированные размеры камеры и ее физическая близость к магнетрону обычно создают структуру стоячих волн в камере, картина случайным образом изменяется с помощью моторизованной веерной мешалки в волноводе (чаще в промышленных печах) или с помощью поворотный столик, который вращает пищу (чаще всего используется в бытовых духовках).
Освещение [ править ]
В осветительных системах с микроволновым возбуждением, таких как серная лампа , магнетрон создает микроволновое поле, которое проходит через волновод в осветительный резонатор, содержащий светоизлучающее вещество (например, серу, галогениды металлов и т. Д.). Несмотря на свою эффективность, эти лампы намного сложнее других методов освещения и поэтому обычно не используются. В более современных вариантах используются силовые полупроводники HEMT или GaN-на-SiC для генерации микроволн, которые существенно менее сложны и могут быть отрегулированы для максимального увеличения светоотдачи с помощью системы ФИД.
История [ править ]
В 1910 году Ханс Гердиен (1877–1951) из корпорации Siemens изобрел магнетрон. [12] [13] В 1912 году швейцарский физик Генрих Грайнахер искал новые способы вычисления массы электрона . Он остановился на системе, состоящей из диода с цилиндрическим анодом, окружающего стержневой катод, помещенный в середину магнита. Попытка измерить массу электрона не удалась, потому что ему не удалось добиться хорошего вакуума в трубке. Однако в рамках этой работы Грайнахер разработал математические модели движения электронов в скрещенных магнитном и электрическом полях. [14] [15]
В США Альберт Халл применил эту работу в попытке обойти патенты Western Electric на триод. Western Electric получила контроль над этой конструкцией, купив патенты Ли Де Фореста на управление током с помощью электрических полей через «сеть». Халл намеревался использовать переменное магнитное поле вместо электростатического для управления потоком электронов от катода к аноду. Работая в исследовательских лабораториях General Electric в Скенектади, штат Нью-Йорк , Халл построил трубки, которые обеспечивали переключение посредством управления соотношением напряженности магнитного и электрического полей. Он выпустил несколько статей и патентов на эту концепцию в 1921 году [16].
Магнетрон Халла изначально не предназначался для генерации электромагнитных волн УКВ (очень высокой частоты). Однако в 1924 году чешский физик Август Жачек [17] (1886–1961) и немецкий физик Эрих Хабан [18] (1892–1968) независимо друг от друга обнаружили, что магнетрон может генерировать волны от 100 мегагерц до 1 гигагерца. Жачек, профессор Карлова университета в Праге , опубликовал первым; однако он публиковался в журнале с небольшим тиражом и поэтому не привлек к себе особого внимания. [19] Хабанн, студент Йенского университета , исследовал магнетрон для своей докторской диссертации 1924 года. [20]На протяжении 1920-х годов Халл и другие исследователи по всему миру работали над созданием магнетрона. [21] [22] [23] Большинство этих ранних магнетронов были стеклянными вакуумными трубками с несколькими анодами. Однако двухполюсный магнетрон, также известный как магнетрон с разъемным анодом, имел относительно низкий КПД.
В то время как радар разрабатывался во время Второй мировой войны , возникла острая необходимость в мощном микроволновом генераторе, который работал бы на более коротких длинах волн , около 10 см (3 ГГц), а не на 50-150 см (200 МГц), которые были доступны. от ламповых генераторов того времени. Было известно, что многокамерный резонансный магнетрон был разработан и запатентован в 1935 году Гансом Холлманном в Берлине . [24] Однако немецкие военные сочли дрейф частоты устройства Холлмана нежелательным и основали свои радарные системы на клистроне.вместо. Но клистроны в то время не могли достичь той высокой выходной мощности, которой в конечном итоге достигли магнетроны. Это было одной из причин того, что немецкие радары ночных истребителей , которые никогда не выходили за пределы диапазона низких УВЧ, с которого начиналась авиация фронтовой авиации, не соответствовали их британским аналогам. [21] : 229 Точно так же в Великобритании Альберт Бомонт Вуд подробно описал систему с «шестью или восемью маленькими отверстиями», просверленными в металлическом блоке, идентичную более поздним производственным проектам. Однако его идея была отвергнута военно-морскими силами, которые заявили, что их клапанный отдел слишком занят, чтобы рассматривать ее. [25]
В 1940 году в Университете Бирмингема в Великобритании Джон Рэндалл и Гарри Бут создали рабочий прототип магнетрона с резонатором мощностью около 400 Вт. [3] В течение недели мощность увеличилась до 1 кВт, а в течение следующих нескольких месяцев. с добавлением водяного охлаждения и множеством изменений в деталях мощность увеличилась до 10, а затем до 25 кВт. [3] Чтобы справиться с его дрейфом частоты, они выбрали выходной сигнал и синхронизировали свой приемник с той частотой, которая фактически генерировалась. В 1941 году проблема нестабильности частоты была решена с помощью соединения Джеймса Сэйерса («обвязки») альтернативных резонаторов внутри магнетрона, что уменьшило нестабильность в 5–6 раз. [26](Обзор ранних конструкций магнетронов, в том числе конструкции Бута и Рэндалла, см. [27] ). По словам Энди Мэннинга из Музея радаров ПВО ВВС Великобритании , открытие Рэндалла и Бута было «огромным, массовым прорывом» и «многие считают даже сейчас, чтобы быть самым важным изобретением, появившимся после Второй мировой войны », - в то время как профессор военной истории Университета Виктории в Британской Колумбии Дэвид Циммерман заявляет:
Магнетрон остается основной радиолампой для коротковолновых радиосигналов всех типов. Она не только изменила ход войны, позволив нам разрабатывать бортовые радиолокационные системы, но и остается ключевой технологией, лежащей в основе вашей микроволновой печи сегодня. Изобретение резонаторного магнетрона изменило мир. [3]
Поскольку Франция только что пала перед нацистами, а у Великобритании не было денег на разработку магнетрона в больших масштабах, Уинстон Черчилль согласился с тем, что сэр Генри Тизард должен предложить магнетрон американцам в обмен на их финансовую и промышленную помощь. [3] Ранняя 10- киловаттная версия, построенная в Англии исследовательскими лабораториями компании General Electric , Уэмбли , Лондон (не путать с американской компанией General Electric с аналогичным названием), была использована на миссии Tizard Mission.в сентябре 1940 года. Когда обсуждение перешло к радарам, представители ВМС США начали подробно рассказывать о проблемах своих коротковолновых систем, жалуясь на то, что их клистроны могут производить только 10 Вт. С размахом «Таффи» Боуэн вытащил магнетрон и объяснил, что произведено в 1000 раз больше. [3] [28]
Bell Telephone Laboratories взяла пример и быстро начала делать копии, а до конца 1940 года в кампусе Массачусетского технологического института была создана радиационная лаборатория для разработки различных типов радаров с использованием магнетрона. К началу 1941 года переносные сантиметровые бортовые радары проходили испытания на американских и британских самолетах. [3] В конце 1941 года Исследовательский центр электросвязи в Великобритании использовал магнетрон для разработки революционного бортового радара для картографирования земли под кодовым названием H2S. РЛС H 2 S был частично разработанной Блюмлейн и Бернарда Ловелла .
Магнетрон с резонатором широко использовался во время Второй мировой войны в микроволновом радиолокационном оборудовании и часто приписывается тому, что радар союзников получил значительное преимущество в характеристиках по сравнению с немецкими и японскими радарами, что напрямую повлияло на исход войны. Позже американский историк Джеймс Финни Бакстер III описал его как «самый ценный груз, когда-либо доставленный к нашим берегам». [29]
Сантиметровый радар, ставший возможным благодаря магнетрону с резонатором, позволял обнаруживать гораздо меньшие объекты и использовать гораздо меньшие антенны. Комбинация магнетронов с малым резонатором, небольших антенн и высокого разрешения позволила установить в самолетах небольшие высококачественные радары. Они могли использоваться морскими патрульными самолетами для обнаружения объектов размером с перископ подводной лодки, что позволяло самолетам атаковать и уничтожать подводные лодки, которые ранее нельзя было обнаружить с воздуха. Радиолокаторы с сантиметровым контуром, такие как H2S, улучшили точность бомбардировщиков союзников, используемых в кампании стратегических бомбардировок , несмотря на существование немецкого FuG 350 Naxos.устройство, чтобы специально его обнаружить. Сантиметровые радары наводки также были намного точнее, чем старые технологии. Они сделали крупнокалиберные линкоры союзников более смертоносными и, наряду с недавно разработанным неконтактным взрывателем , сделали зенитные орудия гораздо более опасными для атакующих самолетов. Эти два соединены вместе и используются зенитными батареями, размещенными вдоль траектории полета немецких летающих бомб Фау-1 по пути в Лондон , и считается, что они уничтожили многие летающие бомбы, прежде чем они достигли своей цели.
С тех пор были изготовлены миллионы резонаторных магнетронов; в то время как некоторые из них предназначались для радаров, подавляющее большинство - для микроволновых печей . Использование в самих радарах до некоторой степени сократилось, поскольку в целом требовались более точные сигналы, и для этих нужд разработчики перешли на системы клистронов и ламп бегущей волны .
Опасности для здоровья [ править ]
В частности, как минимум одна опасность хорошо известна и задокументирована. По мере того как линза из глаза имеет никакого охлаждающего потока крови, это не особенно склонны к перегреву при воздействии микроволнового излучения. Это нагревание, в свою очередь, может привести к более высокой заболеваемости катарактой в более позднем возрасте. [30]
Вокруг магнетронов также существует значительная опасность поражения электрическим током, поскольку для них требуется источник питания высокого напряжения.
Некоторые магнетроны имеют керамические изоляторы из оксида бериллия (бериллия), которые опасны при раздавливании, вдыхании или ином проглатывании. Единичное или хроническое воздействие может привести к бериллиозу , неизлечимому заболеванию легких. Кроме того, бериллия внесена в список подтвержденных канцерогенов для человека IARC ; поэтому с сломанными керамическими изоляторами или магнетронами нельзя обращаться напрямую.
Все магнетроны содержат небольшое количество тория, смешанного с вольфрамом в нити накала . Хотя это радиоактивный металл, риск рака невелик, поскольку он никогда не переносится по воздуху при нормальном использовании. Только если нить вынуть из магнетрона, измельчить и вдохнуть, она может представлять опасность для здоровья. [31] [32] [33]
См. Также [ править ]
- Усилитель с перекрещенными полями
- Йоджи Ито , японский специалист по военной электронике, который помог создать первые в Японии магнетронные резонаторные устройства еще в 1939 году [34].
- Клистрона
- Мазер
- Микроволновая ЭМИ винтовка
- Радиационная лаборатория
- Лампа бегущей волны
Ссылки [ править ]
- ^ a b Рыжий, Пол А., «Изобретение резонаторного магнетрона и его внедрение в Канаде и США», La Physique au Canada , ноябрь 2001 г.
- ^ "Магнетрон" . Борнмутский университет. 1995–2009 гг. Архивировано 26 июля 2011 года . Проверено 23 августа 2009 года .
- ^ a b c d e f g Анджела Хинд (5 февраля 2007 г.). «Портфель« изменивший мир » » . BBC News . Архивировано 15 ноября 2007 года . Проверено 16 августа 2007 .
- ^ a b Шротер, Б. (весна 2008 г.). "Насколько важна была Коробка уловок Тизарда?" (PDF) . Имперский инженер . 8 : 10. Архивировано (PDF) из оригинала 17.06.2011 . Проверено 23 августа 2009 .
- ^ a b Брукнер, Эли (19–20 апреля 2010 г.). «От 10 000 долларов Magee до 7 Magee и 10 долларов США передатчик и приемник (T / R) на одном чипе». 2010 Международная конференция по происхождению и эволюции резонаторного магнетрона : 1–2. DOI : 10.1109 / CAVMAG.2010.5565574 . ISBN 978-1-4244-5609-3.
- ^ Ма, Л. « 3D Компьютерное моделирование магнетронов Архивированные 2008-10-10 в Wayback Machine .» Лондонский университет Ph.D. Тезис. Декабрь 2004 г. Проверено 23 августа 2009 г.
- ^ Белый, Стив. «Электрические клапаны: диоды, триоды и транзисторы» . zipcon.net . Архивировано 25 августа 2017 года . Дата обращения 5 мая 2018 .
- ^ a b c d "Магнетрон" . electriciantraining.tpub.com . Архивировано 3 марта 2016 года . Дата обращения 5 мая 2018 .
- ^ Дж. Бриттен (1985). «Магнетрон и начало микроволнового века». Физика сегодня . 38 (7): 60–67. Bibcode : 1985PhT .... 38g..60B . DOI : 10.1063 / 1.880982 .
- ^ "Операция магнетрона" . hyperphysics.phy-astr.gsu.edu . Архивировано 11 сентября 2017 года . Дата обращения 5 мая 2018 .
- ^ а б в Л.В. Тернер, (редактор), Справочник инженера-электронщика, 4-е изд. Ньюнес-Баттерворт, Лондон 1976 ISBN 9780408001687 , страницы с 7-71 по 7-77
- ^ См .:
- Гердиен, Х., Deutsches Reichspatent 276,528 (12 января 1910 г.).
- Banneitz, F., ed. (1927). Taschenbuch der drahtlosen Telegraphie und Telephonie [ Карманный справочник по беспроводному телеграфу и телефонии ] (на немецком языке). Берлин, Германия: Springer Verlag. п. 514 сноска. ISBN 9783642507892.
- ^ Goerth Иоахим (2010). «Раннее развитие магнетронов, особенно в Германии». Международная конференция по истокам и эволюции полостного магнетрона (CAVMAG 2010), Борнмут, Англия, Великобритания, 19-20 апреля 2010 . Пискатауэй, Нью-Джерси, США: IEEE. С. 17–22.
- ^ Greinacher, H. (1912). "Über eine Anordnung zur Bestimmung von e / m" [Об устройстве для определения э / м]. Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (на немецком языке). 14 : 856–864.
- ^ Вольф, дипл. Инж. (FH) Кристиан. «Основы радиолокации» . www.radartutorial.eu . Архивировано 23 декабря 2017 года . Дата обращения 5 мая 2018 .
- ^ См .:
- Халл, Альберт В. (1921). «Влияние однородного магнитного поля на движение электронов между коаксиальными цилиндрами» . Физический обзор . 18 (1): 31–57. Bibcode : 1921PhRv ... 18 ... 31H . DOI : 10.1103 / PhysRev.18.31 .
- Халл, Альберт В. (сентябрь 1921 г.). «Магнетрон» . Журнал Американского института инженеров-электриков . 40 (9): 715–723. DOI : 10.1109 / JoAIEE.1921.6594005 . S2CID 51641488 .
- ^ Биографические данные об Августе Лачеке:
- Fürth, RH (1962). "Проф. Август Лачек" . Природа . 193 (4816): 625. Bibcode : 1962Natur.193..625F . DOI : 10.1038 / 193625b0 .
- (Анон.) (1956). "70 лет со дня рождения профессора доктора Августа Жачека". Чехословацкий физический журнал . 6 (2): 204–205. Полномочный код : 1956CzJPh ... 6..204. . DOI : 10.1007 / BF01699894 . S2CID 189766320 . Доступно в Интернете по адресу: Metapress.com. Архивировано 12 марта 2012 г. на Wayback Machine .
- ^ Биографические данные об Эрихе Хабане:
- Гюнтер Нагель, «Pionier der Funktechnik. Das Lebenswerk des Wissenschaftlers Erich Habann, der in Hessenwinkel lebte, ist heute fast vergessen» (Пионер в области радиотехнологий. Работа всей жизни ученого Эриха Габанна, жившего сегодня в Гессенвинкеле), почти забыта. , Bradenburger Blätter (приложение к Märkische Oderzeitung , ежедневной газете города Франкфурт в земле Бранденбург, Германия), 15 декабря 2006 г., стр. 9.
- Карлш, Райнер; Петерманн, Хайко, ред. (2007). Für und Wider "Hitlers Bombe": Studien zur Atomforschung in Deutschland [ За и против "бомбы Гитлера": Исследования по атомным исследованиям в Германии ] (на немецком языке). Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Waxmann Publishing Co., стр. 251 сноска.
- ^ См .:
- Жачек, А. (май 1924 г.). "Новая методика к vytvorení netlumenych oscilací" . Časopis Pro Pěstování Matematiky a Fysiky [Журнал для развития математики и физики] (на чешском языке). 53 : 378–380. DOI : 10,21136 / CPMF.1924.121857 . Доступно (на чешском языке) по адресу: Чешская цифровая математическая библиотека. Архивировано 18 июля 2011 г. в Wayback Machine .
- Жачек, А. (1928). "Über eine Methode zur Erzeugung von sehr kurzen elektromagnetischen Wellen" [О способе генерации очень коротких электромагнитных волн]. Zeitschrift für Hochfrequenztechnik (на немецком языке). 32 : 172–180.
- Áček, A., "Spojení pro výrobu elektrických vln" [Схема для генерации электрических волн], Чехословацкий патент No. 20 293 (подано 31 мая 1924 г .; выдано 15 февраля 1926 г.). Доступно (на чешском языке) по адресу: Чешское ведомство промышленной собственности. Архивировано 18 июля 2011 г. в Wayback Machine .
- ^ Хабанн, Эрих (1924). "Eine neue Generatorröhre" [Новая генераторная лампа]. Zeitschrift für Hochfrequenztechnik (на немецком языке). 24 : 115–120 и 135–141.
- ^ a b Кайзер, В. (1994). «Развитие электронных трубок и радиолокационных технологий: взаимосвязь науки и технологий». В Blumtritt, O .; Petzold, H .; Аспрей, W. (ред.). Отслеживание истории радара . Пискатауэй, Нью-Джерси, США: IEEE. С. 217–236.
- ^ Бриттен, Джеймс Э. (1985). «Магнетрон и начало микроволнового века». Физика сегодня . 38 (7): 60–67. Bibcode : 1985PhT .... 38g..60B . DOI : 10.1063 / 1.880982 .
- ^ См. Например:
- Советские физики:
- Слуцкин, Абрам А .; Штейнберг, Дмитрий С. (1926). «[Получение колебаний в катодных трубках с помощью магнитного поля]». Журнал Русского Физико-Химического общества [Журнал Русского Физико-Химического Общества, Журнал Русского Физико-Химического Общества] (на русском языке). 58 (2): 395–407.
- Слуцкин, Абрам А .; Штейнберг, Дмитрий С. (1927). «[Электронные колебания в двухэлектродных трубках]». Український физический журнал [Украинский физический журнал, Украинский физический журнал] (на украинском языке). 1 (2): 22–27.
- Слуцкин А.А.; Стейнберг, Д.С. (май 1929 г.). "Die Erzeugung von kurzwelligen ungedämpften Schwingungen bei Anwendung des Magnetfeldes" [Генерация незатухающих коротковолновых колебаний путем приложения магнитного поля]. Annalen der Physik (на немецком языке). 393 (5): 658–670. Bibcode : 1929AnP ... 393..658S . DOI : 10.1002 / andp.19293930504 .
- Японские инженеры:
- Яги, Хидэцугу (1928). «Передача луча ультракоротких волн». Труды Института Радиоинженеров . 16 (6): 715–741. Магнетроны обсуждаются во второй части этой статьи.
- Окабе, Киндзиро (март 1928 г.). «[Производство интенсивных сверхкоротких радиоволн магнетроном с расщепленным анодом (Часть 3)]». Журнал Института электротехники Японии (на японском языке): 284ff.
- Окабе, Киндзиро (1929). «О коротковолновом пределе магнетронных колебаний». Труды Института Радиоинженеров . 17 (4): 652–659.
- Окабе, Киндзиро (1930). «О магнетронных колебаниях нового типа». Труды Института Радиоинженеров . 18 (10): 1748–1749.
- ^ Холлман, Ганс Эрих, «Магнетрон» архивации 2018-01-14 в Вайбаке машин патента США нет. 2123728 (подано 27 ноября 1936 г .; выдано 12 июля 1938 г.).
- Перейти ↑ Kingsley, FA (2016). Разработка радиолокационного оборудования для Королевского флота, 1935–45 . ISBN 9781349134571. Архивировано 05 мая 2018 года.
- ^ Барретт, Дик. "MJBScanlan; Ранние сантиметровые наземные радары - личное воспоминание" . www.radarpages.co.uk . Архивировано 4 марта 2016 года . Дата обращения 5 мая 2018 .
- ^ Уиллшоу, МЫ; Л. Рашфорт; А.Г. Стейнсби; Р. Латам; AW Balls; А.Х. Кинг (1946). «Импульсный магнетрон большой мощности: разработка и проектирование для радиолокационных приложений» . Журнал Института инженеров-электриков - Часть IIIA: Радиолокация . 93 (5): 985–1005. DOI : 10.1049 / ji-3a-1.1946.0188 . Проверено 22 июня 2012 года .
- Рианна Харфорд, Тим (9 октября 2017 г.). «Как поиск« луча смерти »привел к появлению радара» . Всемирная служба Би-би-си . Архивировано 9 октября 2017 года . Проверено 9 октября 2017 года .
Магнетрон поразил американцев.
Их исследования отставали на годы.
- ^ Бакстер, Джеймс Финни (III) (1946). Ученые против времени . Бостон, Массачусетс, США: Little, Brown, and Co., стр. 142. (Бакстер был официальным историком Управления научных исследований и разработок.)
- ^ Липман, RM; Би Джей Трипати; RC Tripathi (1988). «Катаракта, вызванная микроволновым и ионизирующим излучением». Обзор офтальмологии . 33 (3): 200–210. DOI : 10.1016 / 0039-6257 (88) 90088-4 . ОСТИ 6071133 . PMID 3068822 .
- ^ 3111, корпоративное имя = Австралийская организация ядерной науки и технологий; адрес = New Illawarra Road, Lucas Heights NSW 2234, Австралия; contact = + 61 2 9717. «В доме - АНСТО» . www.ansto.gov.au . Архивировано из оригинального 5 сентября 2017 года . Дата обращения 5 мая 2018 .CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
- ^ "EngineerGuy Video: микроволновая печь" . www.engineerguy.com . Архивировано 5 сентября 2017 года . Дата обращения 5 мая 2018 .
- ^ EPA, ОАР, Ория, РПД, США (2014-07-16). «Радиационная защита - Агентство по охране окружающей среды США» . Агентство по охране окружающей среды США . Архивировано 1 октября 2006 года . Дата обращения 5 мая 2018 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- Перейти ↑ Jr. Raymond C. Watson (25 ноября 2009 г.). Radar Origins Worldwide: История его развития в 13 странах во время Второй мировой войны . Издательство Trafford Publishing. С. 315–. ISBN 978-1-4269-2110-0. Проверено 24 июня 2011 года .
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме магнетронов . |
- Информация
- Магнетроны
- Коллекция магнетронов в Музее виртуальных клапанов
- MicrowaveCam.com Видео плазмоидов, созданных в микроволновой печи
- Информация о магнетронах TMD и таблицы данных в формате PDF
- (Название несколько загадочно) Краткая, особенно отличная статья о магнетронах; На рис. 13 представлен современный радарный магнетрон.
- Патенты
- US 2123728 Hans Erich Hollmann / Telefunken GmbH: «Магнетрон» подана 27 ноября 1935 г.
- US 2315313 Buchholz, H. (1943). Полостной резонатор
- US 2357313 Carter, PS (1944). Высокочастотный резонатор и контур для него
- US 2357314 Carter, PS (1944). Схема резонатора полости
- US 2408236 Spencer, PL (1946). Корпус магнетрона
- US 2444152 Carter, PS (1948). Схема резонатора полости
- US 2611094 Rex, HB (1952). Контур индуктивно-емкостного резонанса
- GB 879677 Dexter, SA (1959). Схемы вентильного генератора; муфты радиочастотного выхода
