Magnetronen

1. 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

2. Magnetron Katode

3. 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.

4. 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.

5. 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 fr nær syklotronfrekvensen fc Eit bestemt hulrom blir passert med frekvens f = 4 fr

6. 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 I x x x x x x Segmenta dannar platekondensatorar med indusert elektrisk felt Eog med kapasitansC - - B Hulrommet blir ei svingekrets med resonansfrekvens: E + + Justerer frekvensen ved å endre kr , skruer inn jern i hulrom f.eks. Elektronsky (negativ)

7. Magnetron-uttak av energi B Med magnetisk dipolantenne Direkte ut i bølgeleder

8. Oppgåver magnetron 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 cm2. Rekn ut tilnærma verdiar for induktans L og kapasitanc C. Finn resonansfrekvens for LC-koplinga. i • Juster dimensjoneringa av segmenta og hulromma til resonansfrekvensen=radarfrekvensen.

9. Fasit magnetronoppgåver

10. 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!