Magnetron Mikrobølgeovn: 5 komplette hurtige fakta

Diskussionspunkter: Magnetron-mikrobølgeovn

Introduktion til magnetisk mikrobølgeovn | Hvad er Magnetron?

En magnetron er en slags mikrobølgerør. Før vi diskuterer magnetron og dets relaterede emner, lad os finde ud af nogle af de grundlæggende definitioner.

Mikrobølgeovn: Mikrobølgerør er enheder, der genererer mikrobølger. De er elektronkanonerne, der producerer lineære strålerør.

Nu er definitionen af ​​Magnetron givet som -

Magnetron: Magnetron er en type vakuumrør, der genererer signaler fra mikrobølgefrekvensområdet ved hjælp af interaktioner mellem et magnetfelt og elektronstråler.

Magnetronrør bruger høj effekt, og dets frekvens afhænger af den fysiske dimension af rørenes hulrum. Der er en primær forskel mellem en Magnetron og andre typer mikrobølgerør. En magnetron fungerer kun som en Oscillator, men ikke en forstærker, men en klystron (et Mikrobølgerør) kan fungere som en forstærker og som en Oscillator.

Magnetron mikrobølgeovn
En typisk Magnetron-mikrobølgeovn, billedkredit: HCRS hjemmearbejdsside, Magnetron 1CC BY-SA 2.0 AT

En kort historie om magnetronmikrobølgeovn

Siemens Corporation udviklede den allerførste magnetron i år 1910 med vejledning fra videnskabsmand Hans Gerdien. Den schweiziske fysiker Heinrich Greinacher finder ud af ideen om elektroners bevægelse i det krydsede elektriske og magnetiske felt fra sine egne mislykkede eksperimenter med beregning af elektronmassen. Han udviklede den matematiske model omkring året 1912.

I USA begyndte Albert Hull at arbejde med at kontrollere elektroners bevægelser ved hjælp af et magnetfelt i stedet for at bruge det konventionelle elektrostatiske felt. Eksperimentet blev indledt for at omgå patentet på 'triode' af Western's Electric.

Hull udviklede en enhed næsten som en Magnetron, men den havde ikke til hensigt at generere signaler om mikrobølgefrekvenser. Den tjekkiske fysiker August Žáček og den tyske fysiker Erich Habann opdagede uafhængigt af hinanden, at Magnetron kunne generere signaler med frekvenser inden for mikrobølgeovn.

Opfindelsen og øget popularitet af RADAR øgede efterspørgslen efter enheder, der kan producere mikrobølgeovn ved kortere bølgelængder.

I år 1940 udviklede Sir John Randall og Harry Boot fra University of Birmingham en fungerende prototype af et hulrumsmagnetron. I starten producerede enheden omkring 400 watt strøm. Yderligere udvikling som vandkøling og flere andre forbedringer øgede den producerede effekt fra 400 W til 1 kW og derefter op til 25 kW.

Der var et problem relateret til frekvens ustabilitet i magnetronen udviklet af britiske forskere. I 1941 løste James Sayers dette problem.

Magnetron mikrobølgeovn
Hulrumsmagnetronen udviklet af Sir John Randall og Harry Boot fra University of Birmingham, Magnetron Microwave, Image Credit: Elektrik FanneR&B MagnetronCC BY-SA 4.0

Anvendelser af Magnetron

En magnetron er en gavnlig enhed, har flere anvendelser inden for forskellige områder. Lad os diskutere nogle af dem.

  • Magnetroner i radar: Brugen af ​​Magnetron til en radar bruges til at generere korte impulser med højeffektive mikrobølgefrekvenser. En magnetrons bølgeleder er fastgjort med en hvilken som helst af antennerne inde i en radar.
    • Der er flere faktorer af Magnetron, der forårsager kompleksiteten i radaren. En af dem er problemet relateret til frekvens ustabilitet. Denne faktor genererer problemet med frekvensskift.
    • Den anden egenskab er, at en magnetron producerer signaler med kraft af bredere båndbredde. Så modtageren skal have en bredere båndbredde til at acceptere dem. Nu, med en bredere båndbredde, modtager modtageren også en slags støj, som ikke ønskes.
Magnetron mikrobølgeovn
En tidlig kommerciel radar til lufthavnen, Magnetron Microwave, Billede af: Ukendt forfatter Ukendt forfatter, Magnetron radarsamling 1947, markeret som offentligt domæne, flere detaljer om Wikimedia Commons
  • Magnetron opvarmning Magnetron mikrobølgeovne: Magnetroner bruges til at generere mikrobølger, der yderligere bruges til opvarmning. Inde i en mikrobølgeovn producerer magnetronen først mikrobølgesignalerne. Derefter bølgeleder sender signalerne til en RF-gennemsigtig port ind i fødevarekammeret. Kammeret er af en fast dimension, og også tæt på magnetronen. Det er derfor, stående bølgemønstre randomiseres af den roterende motor, som roterer maden inde i kammeret.
Magnetron mikrobølgeovn
Mikrobølgeovn, Magnetron-mikrobølgeapplikationer, Billedkredit: Den originale uploader var 吉恩 at Kinesisk Wikipedia., WeiboluCC BY-SA 3.0
  • Magnetronbelysning: Der er masser af enheder til rådighed, som lyser op ved hjælp af Magnetron excitation. Enheder som svovllampen er et godt eksempel på sådan lys. Inde i enhederne genererer magnetron mikrobølgefeltet, som udføres af en bølgeleder. Derefter føres signalet gennem det lysemitterende hulrum. Disse typer enheder er komplekse. I dag bruges de ikke i stedet for mere overfladiske elementer som Gallium Nitride (GaN) eller HEMT'er bruges.

Konstruktion af Magnetron

I dette afsnit vil vi diskutere den fysiske konstruktion og komponenterne i en Magnetron.

Magnetronen er grupperet som en diode, når den indsættes på gitteret. Magnetronens anode er indstillet i en cylindrisk formet blok, der består af kobber. Der er filamenter med glødetråd og katoden i midten af ​​røret - glødetrådene hjælper med at holde katoden og glødetråden fastgjort i midten. Katoden består af højemissionsmateriale og opvarmes til operationen.

Magnetron mikrobølgeovn
En magnetron med dens dele, Magnetron mikrobølgeovn, billedkredit: HCRS hjemmearbejdsside, Magnetron 2CC BY-SA 2.0 AT

Røret har 8 til 20 resonanshulrum, der er cylindriske huller omkring dets omkreds. Den interne struktur er opdelt i flere dele: antallet af hulrum, der er til stede i røret. Opdelingen af ​​røret udføres af de smalle slots, der forbinder hulrummene til midten.

Hvert hulrum fungerer som en parallel resonanskredsløb hvor anodekobberblokkens fjernvæg fungerer som en induktor. Vingespidsområdet betragtes som kondensatoren. Nu er resonansfrekvensen af ​​kredsløbet afhængig af de fysiske dimensioner af resonatorkredsløbet.  

Det er tydeligt, at hvis et resonanshulrum starter oscillation, exciterer det andre resonanshulrum, og de starter også oscillation. Men der er en egenskab, som hvert hulrum følger. Hvis et hulrum starter svingning, starter det næste hulrum svingning med 180 graders forsinkelse i fase. Dette gælder for ethvert hulrum. Nu skaber svingningsserien en langsom bølgestruktur, der er selvstændig. Derfor er denne type Magnetron-konstruktion også kendt som “Multi-Cavity Travelling Wave Magnetron”.

Magnetron mikrobølgeovn
Central katode midt i magnetronmikrobølgeovnen, billedkredit: Pingu er sumeriskMagnetron sektion på tværs af akseCC BY-SA 3.0

Katoden forsyner de elektroner, der er nødvendige for energioverførselsmekanismen. Som nævnt tidligere er katoden i midten af ​​røret, yderligere opsat af glødetrådskablerne. Der er et særligt åbent rum mellem katoden og anoden, som skal opretholdes; Ellers vil det medføre funktionsfejl på enheden.

Der findes fire typer hulrumsarrangementer. De er -

  • Slot-type
  • Vinge-type
  • Stigende soltype
  • Hul og slot type

Betjening af en Magnetron-mikrobølgeovn

Magnetron går under nogle faser for at generere signaler fra mikrobølgefrekvensområder. Faserne er anført nedenfor.

Skønt navnet på faserne er vejledende nok til at lade os diskutere hændelserne, forekommer de i hver fase.

Fase 1: Generering og acceleration af elektronstråle

Katoden inde i hulrummet har spændingens negative polaritet. Anoden holdes i radial retning fra katoden. Indirekte opvarmning af katoden forårsager nu strømmen af ​​elektronen mod anoden. På generationstidspunktet er der intet magnetfelt til stede i hulrummet. Men efter genereringen af ​​elektronen bøjer et svagt magnetfelt elektronernes vej. Elektronens sti får en skarp bøjning, hvis magnetfeltets styrke øges yderligere. Nu, hvis elektronernes hastighed øges, bliver bøjningen skarpere igen.

Fase 2: Hastighedskontrol og ændringer af elektronstråle

Denne fase forekommer inde i hulrummet. AC-feltet er placeret fra tilstødende anodesegmenter til katodeområdet. Dette felt fremskynder strømmen af ​​elektronstrålen, som strømmer mod anodesegmenterne. Elektronerne, der strømmer mod segmenterne, bliver bremset.

Fase 3: Generering af "Space Charge Wheel"

Strømmene af elektroner i to forskellige retninger med separate hastigheder forårsager en bevægelse kendt som "rumladningshjul". Dette hjælper med at øge elektronernes koncentration, som yderligere leverer tilstrækkelig kraft til radiofrekvenssvingningerne.

Fase 4: Transformation af energi

Nu, efter genereringen af ​​elektronstrålen og dens acceleration, erhverver feltet energi. Elektronerne dispenserer også noget energi til marken. Mens du rejser fra katodeelektroner udleverer energi i hvert hulrum, den passerer igennem. Tab af energi forårsager et fald i hastighed og til sidst deceleration. Nu sker dette flere gange. Den frigjorte energi bruges effektivt, og op til 80% effektivitet nås.

Sundhedsrelaterede bekymringer fra Magnetron-mikrobølgeovn

En magnetron mikrobølgeovn producerer mikrobølgesignaler, som kan forårsage udsættelse for menneskelige kroppe. Nogle magnetroner består af thorium i deres glødetråd, som er et radioaktivt element og ikke godt for mennesker. Elementer som berylliumoxider og isolatorer fremstillet med keramik er også farlige, hvis de knuses og indåndes. Dette kan påvirke lungerne.

Der er også risiko for skader fra overophedning af magnetron-mikrobølgeovne. Magnetroner kræver høj spændingseffekt forsyninger. Så der er også en risiko for elektriske farer.