Inafasiriwa moja kwa moja kutoka kwa Wikipedia ya Kiingereza na Tafsiri ya Google

Magnetron ya cavity

Magnetron na sehemu iliyoondolewa ili kuonyesha cavities. Cathode katikati haionekani. Wazao wa microwaves utoaji wa wimbi ni upande wa kushoto. Sumaku inayozalisha shamba sambamba na mhimili mrefu wa kifaa hauonyeshwa.
Magnetron sawa na sehemu tofauti imeondolewa. Cathode ya Kati inaonekana; antenna kufanya microwaves juu; sumaku haionyeshe.
Kizuizi 9 GHz magnetron tube na sumaku kutoka radar ndege ya Soviet. Bomba hilo linakumbwa kati ya miti ya sumaku mbili za farasi za alnico (juu, chini) , ambayo huunda uwanja wa magnetic kwenye mhimili wa tube. Microwaves hutolewa kutoka kwenye mawimbi ya juu ya mawimbi (juu) ambayo hutumiwa kwenye sehemu ya wimbi inayoongoza microwaves kwenye antenna ya rada. Vipimo vya kisasa hutumia sumaku za udongo ambazo hazizidi kuwa nyingi.

Magnetron ya cavity ni tube ya utupu yenye nguvu ya juu ambayo huzalisha microwaves kwa kutumia mwingiliano wa mstari wa elektroni yenye shamba la magnetic huku ukihamia mfululizo wa miamba ya chuma ya wazi ( resonators ya cavity ). Electroni hupitia fursa ya mifupa hii na husababisha mawimbi ya redio kuingilia ndani, sawa na njia ya filimu inayozalisha sauti wakati msisimko na mkondo wa hewa unavyopungua ufunguzi wake. Mzunguko wa microwaves zinazozalishwa, frequency resonant , ni kuamua na cavities 'vipimo kimwili. Tofauti na zilizopo za utupu kama vile klystron au tube ya kusafiri-wimbi (TWT), magnetron haiwezi kufanya kazi kama amplifier ili kuongeza kiwango cha ishara ya microwave; magnetron hutumikia tu kama oscillator , kuzalisha signal microwave kutoka umeme moja kwa moja ya sasa hutolewa kwa tube utupu.

Aina ya magnetron ilianzishwa na H. Gerdien mwaka wa 1910. [1] Aina nyingine ya magnetron tube, magnetron ya mgawanyiko-anode, iliundwa na Albert Hull mwaka wa 1920, lakini haikuwa na uwezo wa mzunguko wa juu na ilikuwa na kidogo kutumia. Vifaa sawa vilijaribiwa na timu nyingi kupitia miaka ya 1920 na 1930. Hans Erich Hollmann aliweka patent juu ya kubuni sawa na tube ya kisasa ya 1935, [2] lakini klystron imara zaidi ilipendelea kwa radar nyingi za Ujerumani wakati wa Vita Kuu ya II .

Kitambaa cha magnetron kikubwa kiliboreshwa sana na John Randall na Harry Boot mwaka wa 1940 katika Chuo Kikuu cha Birmingham , Uingereza. [3] Walitengeneza valve ambayo inaweza kuzalisha vurugu mbalimbali vya kilowatt saa ya urefu wa 10 cm, ugunduzi usiojawa. [4] Nguvu kubwa ya vidonda kutoka kwa kifaa chao kilichofanya rada ya bendi ya sentimeter kwa Washirika wa Vita Kuu ya II , na rada za muda mfupi za kuruhusu kutambua vitu vidogo kutoka kwa antenna ndogo. Chuma cha magnetron cacted kikamilifu ukubwa wa seti rada [5] ili waweze kuwa rahisi zaidi katika ndege ya usiku-fighter, ndege ya kupambana na manowari [6] na meli kusindikiza. [5]

Katika zama za baada ya vita magnetron ilitumika kidogo katika jukumu la rada. Hii ilikuwa ni kwa sababu pato la magnetron libadilika kutoka kwa pigo kwa pigo, wote katika mzunguko na awamu. Hii inafanya ishara zisizofaa kwa kulinganisha na vurugu, ambayo hutumiwa sana kwa kuchunguza na kuondosha " clutter " kutoka kwenye rada ya kuonyesha. [7] Magnetron inabakia kutumika katika radars fulani, lakini imekuwa kawaida zaidi kama chanzo cha gharama ndogo ya microwave kwa kila sehemu ya microwave . Kwa fomu hii, takriban milioni moja za magnetrons zinatumika leo. [7] [8]

Yaliyomo

Ujenzi na operesheni

Kawaida tube design

Katika tube ya kawaida ya electron (tube utupu ), elektroni hutolewa kutokana na sehemu mbaya iliyochapishwa, inayoitwa cathode na inavutia sehemu ya kushtakiwa inayoitwa anode . Vipengele kawaida hupangwa kwa makini, kuwekwa ndani ya chombo kilichoumbwa tubulari ambacho hewa yote imeondolewa, ili elektroni ziweze kusonga kwa uhuru (kwa hiyo jina la "utupu" linaloitwa "valves" la Uingereza)

Ikiwa electrode ya tatu inaingizwa kati ya cathode na anode (inayoitwa gridi ya kudhibiti ), mtiririko wa elektroni kati ya cathode na anode unaweza kudhibitiwa kwa kutofautiana malipo ya umeme kwenye electrode hii ya tatu. Hii inaruhusu tube ya electron inayoitwa " triode " kwa sababu sasa ina electrodes tatu) kufanya kazi kama amplifier kwa sababu tofauti ndogo katika malipo ya umeme kutumika kwa gridi ya kudhibiti itasababisha tofauti tofauti katika sasa kubwa zaidi ya elektroni inayozunguka kati ya cathode na anode. [9]

Hull au single-anode magnetron

Wazo la kutumia gridi ya udhibiti ilikuwa hati miliki na Lee de Forest , na kusababisha utafiti mkubwa katika miundo mbadala ya tube ambayo ingeepuka marufuku yake. Dhana moja imetumia shamba la magnetic badala ya malipo ya umeme ili kudhibiti mtiririko wa sasa, na kusababisha maendeleo ya tube ya magnetron. Katika kubuni hii, bomba lilifanywa na electrodes mbili, kwa kawaida na cathode kwa namna ya fimbo ya chuma katikati, na anode kama silinda kote. Bomba lililowekwa kati ya miti ya sumaku ya farasi [10] ilipangwa ili shamba la magnetic liwe sawa na mstari wa electrodes.

Kwa sasa hakuna magnetic shamba, tube inafanya kazi kama diode, na elektroni zinazozunguka moja kwa moja kutoka cathode na anode. Katika uwepo wa magnetic shamba, elektroni wataona nguvu katika pembe za kulia kwa mwongozo wao wa mwendo, kulingana na utawala wa kushoto . Katika kesi hiyo, elektroni hufuata njia ya pembe kati ya cathode na anode. Kinga ya njia inaweza kudhibitiwa kwa kutofautiana shamba la magnetic, kwa kutumia electromagnet , au kwa kubadilisha uwezo wa umeme kati ya electrodes.

Katika mipangilio ya juu ya magnetic shamba elektroni hulazimishwa kurudi kwenye cathode, kuzuia mtiririko wa sasa. Kwenye kinyume chake kinyume, bila shamba, elektroni ni huru kutembea moja kwa moja kutoka kwa cathode hadi anode. Kuna uhakika kati ya mambo makuu mawili, thamani ya thamani au shamba la magonjwa ya kukata Hull (na voltage ya kukata), ambako elektroni hufikia anode. Katika mashamba karibu na hatua hii, kifaa kinafanya kazi sawa na triode. Hata hivyo, kudhibiti magnetic, kutokana na hysteresis na athari nyingine, husababisha majibu ya polepole na chini ya uaminifu kudhibiti sasa kuliko kudhibiti umeme kwa kutumia gridi ya kudhibiti katika triode kawaida (bila kutaja uzito mkubwa na utata), hivyo magnetrons kuona matumizi mdogo katika miundo ya kawaida ya umeme. [10]

Ilibainika kuwa wakati magnetron ilipokuwa inafanya kazi kwa thamani muhimu, ingeweza kutokeza nishati katika wigo wa mzunguko wa redio . [10] Hii hutokea kwa sababu wachache wa elektroni, badala ya kufikia anode, endelea kuzungumza kwenye nafasi kati ya cathode na anode. Kutokana na athari inayojulikana kama radiation ya cyclotron , elektroni hizi zinazalisha nishati ya redio ya redio. Athari sio ufanisi sana. Mwishowe elektroni hupiga moja ya electrodes, hivyo nambari katika hali inayozunguka kwa wakati wowote ni asilimia ndogo ya sasa ya jumla. Pia ilitambua kwamba mzunguko wa mionzi unategemea ukubwa wa tube, na hata mifano ya awali ilijengwa ambayo inalenga ishara katika mkoa wa microwave.

Mipango ya kawaida ya tube ilikuwa ndogo kwa bendi za mzunguko wa juu , na ingawa mifumo ya juu sana ya mzunguko ilipatikana sana mwishoni mwa miaka ya 1930, mikoa ya ultra high na mikoa ya microwave ilikuwa vizuri zaidi ya uwezo wa nyaya za kawaida. Magnetron ilikuwa mojawapo ya vifaa vichache vinavyoweza kuzalisha ishara katika bendi ya microwave na ilikuwa pekee iliyoweza kuzalisha nguvu za juu kwa urefu wa sentimita.

Split-anode magnetron

Split-anode magnetron kutoka mwaka wa 1935. (kushoto) Bomba tupu, juu ya urefu wa 11 cm. (kulia) Imewekwa kutumika kati ya miti ya sumaku ya kudumu

Magnetron ya awali ilikuwa vigumu sana kuendelea kufanya kazi kwa thamani muhimu, na hata hivyo idadi ya elektroni katika hali ya kutembea kwa wakati wowote ilikuwa ya chini. Hii ina maana kwamba ilitoa alama za chini sana za nguvu. Hata hivyo, kama moja ya vifaa vichache vilivyotambulika kuunda microwaves, riba katika kifaa na maboresho yaliyokuwa yanaenea.

Uboreshaji mkuu wa kwanza ilikuwa magnetron ya kupasuliwa , pia inayojulikana kama magnetron isiyo na upinzani . Kama jina linamaanisha, kubuni hii ilitumia anode iliyogawanywa katika mbili - moja kila mwisho wa tube - kujenga viwili vya nusu-mitungi. Wote wawili walishtakiwa kwa voltage sawa mfumo ulifanya kazi kama mfano wa awali. Lakini kwa kubadilisha kidogo voltage ya sahani mbili, trajectory ya elektroni inaweza kubadilishwa ili waweze kawaida kusafiri upande wa chini voltage. Sahani ziliunganishwa na oscillator ambayo ilibadili voltage ya jamaa ya sahani mbili kwa mzunguko uliopatikana. [10]

Kwa papo hapo, elektroni itakuwa kawaida kusukuma upande wa chini-voltage ya tube. Electron itaondoa nyuma na kurudi kama mabadiliko ya voltage. Wakati huo huo, shamba la nguvu la magnetic linatumika, lililo na nguvu zaidi kuliko thamani muhimu katika muundo wa awali. Hii kwa kawaida inaweza kusababisha elektroniski kurudi kwenye cathode, lakini kwa sababu ya uwanja wa umeme wa kusisimua, elektroni badala yake inafuata njia inayoendelea inayoendelea kuelekea anodes. [10]

Kwa kuwa elektroni yote katika mtiririko alipata mwendo huu wa kupinga, kiasi cha nishati ya RF kilichopigwa kwa radied kilikuwa kiboreshwa sana. Na kama mwendo ulifanyika kwenye kiwango chochote cha shamba badala ya thamani muhimu, haikuhitajika tena kutafakari mashamba na voltage, na utulivu wa kifaa hicho uliboreshwa sana. Kwa bahati mbaya, shamba la juu pia lilimaanisha kwamba elektroni mara nyingi zinazunguka nyuma kwenye cathode, na kuweka nguvu zao juu yake na kuifanya kuwaka. Kwa kawaida hii inasababisha elektroni zaidi kutolewa, inaweza wakati mwingine kusababisha athari ya kukimbia, kuharibu kifaa. [10]

Cavity magnetron

Maandamano makubwa katika kubuni ya magnetron ilikuwa magnetron ya resonant au electron-resonance magnetron , ambayo inafanya kazi kwa kanuni tofauti kabisa. Katika kubuni hii, oscillation imeundwa na kuunda mwili wa anode, badala ya mizunguko ya nje au mashamba.

Mchoro wa sehemu ya msalaba wa magnetron ya resonant . Mstari wa magnetic ya nguvu ni sawa na mhimili wa kijiometri wa muundo huu.

Kwa kawaida, magnetron ya cavity ina silinda kubwa ya chuma na shimo iliyopigwa kupitia katikati ya uso wa mviringo. Wamba unaofanya kama cathode hupungua katikati ya shimo hili, na block yenyewe huunda anode. Karibu na shimo hili, linalojulikana kama "nafasi ya mwingiliano", ni idadi ya mashimo sawa ("resonators") yaliyopigwa sawa na nafasi ya mwingiliano, ikatolewa umbali mfupi tu mbali. Slot ndogo hukatwa kati ya nafasi ya mwingiliano na kila resonators haya. Blogu inayoonekana inaonekana kitu kama silinda kwenye revolver , na shimo kubwa zaidi. (Mifano ya awali walikuwa kweli kukatwa kwa kutumia Colt pistol jigs.) Pande sambamba ya inafaa kutenda kama capacitor wakati anode block yenyewe hutoa analog inductor . Kwa hiyo, kila cavity huunda mzunguko wake wa resonant, mzunguko ambao hufafanuliwa na nishati ya elektroni na vipimo vya kimwili vya cavity. [10]

Sehemu ya magnetic imewekwa kwa thamani chini ya muhimu, hivyo elektroni hufuata njia za arcing kuelekea anode. Wakati wanapiga anode, husababisha kuwa kushtakiwa vibaya katika eneo hilo. Kwa kuwa mchakato huu ni random, maeneo mengine yatakuwa ya kushtakiwa zaidi kuliko chini ya maeneo yaliyowazunguka. Anode inajengwa kwa vifaa vya conductive, karibu kila shaba, hivyo tofauti hizi katika voltage kusababisha mabonde kuonekana hata nje. Kwa kuwa sasa inapita katikati ya cavity, mchakato huu unachukua muda. Wakati huo huo elektroni za ziada zitaepuka matangazo ya moto na huwekwa zaidi kwenye anode, kama sasa ya ziada inayozunguka inapatikana pia. Hii inasababisha sasa ya oscillating kuunda kama sasa inajaribu kusawazisha doa moja, kisha mwingine. [11]

Maji yaliyozunguka yanazunguka pande zote, na athari zao kwenye mtiririko wa elektroni ndani ya bomba, husababisha kiasi kikubwa cha nishati ya radiofrequency ya microwave kuzalishwa katika cavities. Cavities ni wazi juu ya mwisho mmoja, hivyo utaratibu mzima hufanya moja, kubwa, microwave oscillator. "Bomba", kwa kawaida waya hutengenezwa kwa kitanzi, hutoa nishati ya microwave kutoka kwa moja ya cavities. Katika mifumo mingine waya ya bomba inabadilishwa na shimo wazi, ambayo inaruhusu microwaves kuingilia kwenye mwongozo wa wimbi .

Kama kusitisha inachukua muda wa kuanzisha, na kwa asili ni nasibu, kuanza kwa mwanzo kunaweza kuwa na vigezo tofauti vya pato. Awamu haijawahi kuhifadhiwa, ambayo inafanya magnetron kuwa vigumu kutumia katika mifumo ya safu zilizopangwa. Upepo pia hujitokeza kutoka kwa vurugu kwa pigo, tatizo ngumu zaidi kwa safu nyingi za mifumo ya rada. Wala hawa hawajawasilisha tatizo la rada za kuendelea , wala kwa vioo vya microwave.

Makala ya kawaida

Kuchora kwa magnetron ya cavity kutoka mwaka wa 1984. Sehemu ya magnet ya haki na shaba ya anode inachukuliwa mbali ili kuonyesha cathode na cavities. Magnetron hii ya zamani hutumia sumaku mbili za farasi za alnico , zilizopo za kisasa hutumia sumaku za nadra za dunia .

Magnetrons yote ya cavity yanajumuisha cathode yenye joto iliyo na uwezo usio juu (unaoendelea au uliojitokeza) ambao umetengenezwa na upepo wa nguvu, moja kwa moja-sasa. Cathode imewekwa katikati ya chumba kilichotolewa , kilichopigwa, cha mviringo. Sura ya magnetic inayofanana na filament imewekwa na sumaku ya kudumu . Sehemu ya magnetic husababisha elektroni, kuvutia kwa (kiasi) chanya sehemu ya nje ya chumba, kwa kuchochea nje katika njia ya mviringo, matokeo ya nguvu Lorentz . Kuenea karibu na mdomo wa chumba ni cavity cilities. Inafaa kukatwa kwa urefu wa cavities ambazo zinafungua katikati, nafasi ya kawaida ya cavity. Kama elektroni hupoteza maeneo hayo, hufanya shamba la redio ya mzunguko wa juu katika kila cavity, ambayo pia husababisha elektroni kuwa kundi katika vikundi. (Kanuni hii ya resonator ya cavity ni sawa na kupiga mkondo wa hewa juu ya wazi ya chupa ya kioo ya pop.) Sehemu ya nishati ya redio ya redio inatolewa na antenna fupi iliyounganishwa na wimbi la wimbi (tube ya chuma, kawaida ya sehemu ya msalaba mstatili). Mguu wa wimbi unaongoza nishati ya RF iliyotokana na mzigo, ambayo inaweza kuwa chumba cha kupika katika tanuri ya microwave au antenna ya juu inayopatikana katika rada.

Ukubwa wa cavities huamua frequency resonant, na kwa hiyo mzunguko wa microwaves iliyotolewa. Hata hivyo, mzunguko hauwezi kudhibitiwa. Mzunguko wa uendeshaji unatofautiana na mabadiliko katika impedance ya mzigo, na mabadiliko katika sasa ya usambazaji, na kwa joto la tube. [12] Hii sio tatizo katika matumizi kama vile joto, au kwa aina fulani za rada ambapo mpokeaji anaweza kuingiliana na mzunguko usiofaa wa magnetron. Ambayo maelekezo sahihi yanahitajika, vifaa vingine, kama vile klystron hutumiwa.

Magnetron ni kifaa cha kujitegemea ambacho hakihitaji vitu vingine vya nje isipokuwa umeme. Kizuizi kinachojulikana kiini cha anode kinatakiwa kutumiwa kabla oscillation itajenga; voltage hii ni kazi ya vipimo vya cavity resonant, na shamba kutumika magnetic. Katika maombi ya pulsed kuna kuchelewa kwa mizunguko kadhaa kabla ya oscillator kufikia nguvu kamili ya kilele, na kujenga-up ya voltage anode lazima kuratibu na kujenga-up ya pato oscillator. [12]

Ambapo kuna idadi kubwa ya miamba, pete mbili za kuzingatia zinaweza kuunganisha kuta zingine za kamba ili kuzuia njia zisizofaa za oscillation. Hii inaitwa pi-strapping kwa sababu safu mbili zimezuia tofauti ya awamu kati ya miamba iliyo karibu na radi radi (180 °).

Magnetron ya kisasa ni kifaa cha ufanisi. Katika tanuri ya microwave, kwa mfano, pembejeo ya 1.1 kilowatt itaunda karibu watts 700 za nguvu za microwave, ufanisi wa karibu 65%. (High voltage na mali ya cathode kuamua nguvu ya magnetron.) Magnetrons kubwa S bendi inaweza kuzalisha hadi 2.5 megawatts nguvu kilele na nguvu wastani wa 3.75 kW. [12] Magnetrons kubwa ni maji yaliyopozwa. Magnetron inabakia katika matumizi makubwa katika majukumu ambayo yanahitaji nguvu nyingi, lakini ambapo udhibiti sahihi juu ya mzunguko na awamu ni muhimu.

Maombi

Rangi

9.375 GHz 20 kW (kilele) magnetron mkutano wa radar ya awali ya uwanja wa ndege wa kibiashara mwaka 1947. Mbali na magnetron (kulia) , ina tube ya kupitisha / kupokea) na mwisho wa mbele receiver superheterodyne , 2K25 reflex klystron tube oscillator mitaa na 1N21 Gerimani diode mixer. Ufunuo wa mawimbi (kushoto) umeunganishwa na wimbi la mawimbi kwenda kwenye antenna.

Katika kuweka rada , wimbi la magnetron limeunganishwa na antenna . Magnetron inaendeshwa na vidonda vifupi sana vya voltage kutumika, na kusababisha pulse fupi ya nguvu ya juu ya microwave nishati kuwa radiated. Kama katika mifumo yote ya rada ya msingi, mionzi imejitokeza lengo ni kuchambuliwa ili kuzalisha ramani ya rada kwenye skrini.

Tabia kadhaa za pato la magnetron hufanya matumizi ya rada ya kifaa fulani kuwa shida. Sababu ya kwanza ya mambo haya ni ukosefu wa utulivu wa magnetron katika mzunguko wake. Ukosefu huu haufanyi tu kwa mabadiliko ya mzunguko kutoka kwenye pigo moja hadi ijayo, lakini pia mabadiliko ya mzunguko ndani ya pigo la mtu binafsi. Sababu ya pili ni kwamba nishati ya pigo inayoambukizwa huenea juu ya wigo mzima wa mzunguko, ambayo inahitaji mpokeaji kuwa na bandwidth pana inayofanana. Bandwidth hii pana inaruhusu kelele ya umeme iweze kukubalika ndani ya mpokeaji, kwa hiyo inaficha kwa kiasi fulani echoes dhaifu, na hivyo kupunguza uwiano wa ishara-kwa-kelele wa mpokeaji na hivyo utendaji. Sababu ya tatu, kulingana na maombi, ni hatari ya mionzi inayosababishwa na matumizi ya mionzi ya nguvu ya umeme ya juu. Katika baadhi ya programu, kwa mfano radar ya baharini imewekwa kwenye chombo cha burudani, rada yenye pembejeo la magnetron ya kilowatts 2 hadi 4 inapatikana mara nyingi karibu na eneo linalohusika na wafanyakazi au abiria. Kwa matumizi ya vitendo mambo haya yamepindwa, au tu kukubaliwa, na kuna leo maelfu ya vituo vya upepo wa magnetron na rada ya baharini katika huduma. Mafanikio ya hivi karibuni katika rada ya kuepuka hali ya anga ya hewa na katika rada ya baharini imefanikiwa kubadilishwa magnetron na oscillator ya microwave ya semiconductor , ambayo ina pembejeo ndogo ya mzunguko wa pato. Hizi kuruhusu bandwidth nyepesi ya mpokeaji kutumiwa, na uwiano wa juu wa kelele kwa upande wake huwezesha nguvu ya kusambaza chini, kupunguza athari kwa EMR.

kukanza

Magnetron kutoka tanuri ya microwave na sumaku katika sanduku lililopanda. Sahani zenye usawa huunda shimo la joto , kilichopozwa na hewa kutoka kwa shabiki. Shamba la magnetic linazalishwa na sumaku mbili za pete za nguvu, ambayo chini yake inaonekana tu. Karibu magnetrons yote ya kisasa ya tanuri ni ya mpangilio sawa na kuonekana.

Katika sehemu zote za microwave , wimbi la wimbi linaongoza kwenye bandari ya frequency-uwazi ndani ya chumba cha kupikia. Kama vipimo fasta ya chumba, na ukaribu wake kimwili na magnetron, kwa kawaida kujenga amesimama chati wimbi katika chumba, motorized shabiki-kama stirrer huwekwa katika waveguide randomize muundo. Hii sio daima yenye ufanisi kwa vitu vingi katika chumba hicho, na sehemu nyingi za kisasa za microwave pia zinajumuisha meza inayozunguka kwa ajili ya chakula cha kukaa juu, kinachojulikana kama kitambaa .

Taa ya

Katika mifumo ya taa ya kioevu iliyosababishwa na microwave, kama vile taa ya sulfuri , magnetron hutoa shamba la microwave ambalo hupitia njia ya mwangaza kwenye cavity ya taa iliyo na dutu inayosababisha mwanga (kwa mfano, sulfuri, halides ya chuma, nk). Ingawa ufanisi, taa hizi ni ngumu zaidi kuliko njia zingine za taa na kwa hiyo sio kawaida kutumika. Vipengele vya kisasa zaidi hutumia HEMTs au GaN-on-SiC nguvu semiconductors ili kuzalisha microwaves, ambazo ni duni sana na inaweza kubadilishwa ili kuongeza pato mwanga kwa kutumia mfumo wa PID.

Historia

Mwaka wa 1910 Hans Gerdien wa shirika la Siemens alinunua magnetron. [13] [14] Mnamo mwaka wa 1912, mwanafizikia wa Uswisi Heinrich Greinacher alikuwa akitafuta njia mpya za kuhesabu molekuli ya elektroni . Alikaa kwenye mfumo unao na diode yenye anode ya cylindrical iliyozunguka cathode-imbo-fimbo, iliyowekwa katikati ya sumaku. Jaribio la kupima umati wa elektroni lilishindwa kwa sababu hakuweza kufikia utupu mzuri katika tube. Hata hivyo, kama sehemu ya kazi hii, Greinacher alitengeneza mifano ya hisabati ya mwendo wa elektroni katika maeneo yaliyovuka magnetic na umeme. [15] [16]

Nchini Marekani, Albert Hull aliweka kazi hii kwa jaribio la kupitisha ruhusa ya Magharibi ya Umeme kwenye triode (ambalo Magharibi ya Magharibi amepata kwa kununua ruhusa ya Lee De Forest juu ya udhibiti wa sasa wa mtiririko kwa kutumia mashamba ya umeme kupitia " gridi ya taifa "). Hull alitaka kutumia shamba la magnetic variable, badala ya moja ya umeme, ili kudhibiti mtiririko wa elektroni kutoka kwenye cathode hadi kwenye anode. Kufanya kazi kwa Maabara ya Utafiti wa General Electric katika Schenectady, New York , Hull ilijenga zilizopo zilizotolewa kwa njia ya udhibiti wa uwiano wa uwezo wa magnetic na umeme wa shamba. Alitoa hati kadhaa na hati miliki juu ya dhana ya mwaka 1921. [17]

Magnetron ya Hull hakuwa na lengo la asili kuzalisha VHF (sana-high-frequency) mawimbi ya umeme. Hata hivyo, mwaka wa 1924, mwanafizikia wa Kicheki Agosti Žáček [18] (1886-1961) na mwanafizikia wa Ujerumani Erich Habann [19] (1892-1968) alijifunza kwa kujitegemea kwamba magnetron inaweza kuzalisha mawimbi ya megahertz 100 kwa 1 gigahertz. Žáček, profesa katika Chuo Kikuu cha Charles cha Prague, alichapishwa kwanza; hata hivyo, alichapisha katika jarida na mzunguko mdogo na hivyo alivutiwa sana. [20] Habann, mwanafunzi katika Chuo Kikuu cha Jena , alichunguza magnetron kwa uandishi wake wa daktari wa 1924. [21] Katika miaka ya 1920, Hull na watafiti wengine ulimwenguni pote walifanya kazi ya kukuza magnetron. [22] [23] [24] Wengi wa magnetrons mapema walikuwa tubes utupu zilizopo na anodes nyingi. Hata hivyo, magnetron mbili ya pole, pia inajulikana kama magnetron ya mgawanyiko-anode, ilikuwa na ufanisi duni. Toleo la cavity (linalojulikana kama magnetron ya resonant-cavity ) limeonekana kuwa muhimu zaidi. Mnamo 1937-1940, magnetron nyingi zilijengwa na mwanafizikia wa Uingereza John Randall , pamoja na timu ya wafanyakazi wa Uingereza, kwa ajili ya mitambo ya rada ya kijeshi ya Uingereza na Marekani katika Vita Kuu ya II. [25]

Wakati rada ilitengenezwa wakati wa Vita Kuu ya Pili ya Dunia , kulikuwa na haja ya haraka ya jenereta ya microwave yenye nguvu ya juu ambayo ilifanya kazi kwa muda mrefu wa wavelengths (karibu 10 cm (3 GHz)) kuliko cm 150 (200 MHz) iliyopatikana kutoka kwenye tube -based generators ya wakati. Ilijulikana kuwa magnetron ya resonant multi-cavity ilianzishwa na hati miliki mwaka wa 1935 na Hans Hollmann huko Berlin . [26] Hata hivyo, jeshi la Ujerumani lilitambua kuwa kifaa cha Hollman hakitoshi, na hutegemea mifumo yao ya rada kwa klystron badala yake. Lakini klystrons hawakuweza kufikia wakati huo nguvu ya kutosha ambayo magnetrons hatimaye ilifikia. Hii ilikuwa sababu moja ambayo rada za Ujerumani usiku wa mpiganaji - ambayo haijawahi kupita mbali ya bandari ya chini ya UHF ili kuanza kwa ndege ya mstari wa mbele ya mchana wa ndege - haikuwa mechi kwa wenzao wa Uingereza. [27]

Sir John Randall na magnetron ya awali ya Harry Boot yaliyotengenezwa mwaka 1940 katika Chuo Kikuu cha Birmingham , Uingereza
Electromagnet kutumika kwa kushirikiana na magnetron ya awali ya Randall na Boot
Block anode ambayo ni sehemu ya magnetron cavity iliyoandaliwa na Randall na Boot

Mnamo 1940, Chuo Kikuu cha Birmingham nchini Uingereza, John Randall na Harry Boot walizalisha mfano wa kazi wa magnetron ya cavity. [4] Walitengeneza valve ambayo inaweza kupoteza nje ya vidole vya microwave redio nishati kwa urefu wa 10cm. [4] Kuongeza baridi ya kioevu na cavity nguvu, Randall na Boot hivi karibuni imeweza kuongeza nguvu yake pato 100 fold. Badala ya kuacha magnetron kutokana na kutokuwa na utulivu wa mzunguko, walipiga sampuli ya pato na kusawazisha mpokeaji wao kwa kila mzunguko ulikuwa umezalishwa. Mnamo mwaka wa 1941, shida ya kutokuwa na utulivu wa mara kwa mara ilikatatuliwa na ushirikiano wa James Sayers ("kuunganisha") mizigo mbadala ndani ya magnetron ambayo ilipunguza utulivu kwa sababu ya 5-6. [28] (Kwa muhtasari wa miundo ya magnetron mapema, ikiwa ni pamoja na ya Boot na Randall, ona [29] ) Kuhusu ugunduzi wa Randall na Boot kama "ufanisi mkubwa," na "unaoonekana kuwa wengi, hata sasa, kuwa wengi uvumbuzi muhimu ambao ulitoka katika Vita Kuu ya Pili ya Dunia "kulingana na Andy Manning kutoka Makumbusho ya Rasilimali ya Raji ya RAF , Profesa wa historia ya kijeshi katika Chuo Kikuu cha Victoria huko British Columbia, David Zimmerman, anasema hivi:

Magnetron inabakia tube muhimu ya redio kwa ishara za redio za shortwave za aina zote. Haibadilisha tu kipindi cha vita kwa kuturuhusu kuendeleza mifumo ya rada ya hewa, bado ni kipande muhimu cha teknolojia ambayo iko katikati ya tanuri yako ya microwave leo. Uvumbuzi wa magnetron wa cavity ulibadilisha ulimwengu. [4]

Kwa sababu Ufaransa ulikuwa umeanguka kwa Wanazi na Uingereza hakuwa na pesa za kuendeleza magnetron kwa kiwango kikubwa, Winston Churchill alikubali kwamba Sir Henry Tizard anapaswa kutoa magnetron kwa Wamarekani badala ya msaada wao wa kifedha na viwanda ( Tizard Mission ). [4] Toleo la mapema la 10 kW , lililojengwa nchini England na Maabara ya Utafiti wa Kampuni ya General Electric , Wembley , London (sio kuchanganyikiwa na kampuni hiyo inayoitwa Marekani General Electric), ilitolewa kwa serikali ya Marekani mnamo Septemba 1940. [4] ] Magnetron ya Uingereza ilikuwa na nguvu mara elfu mara moja kuliko mtangazaji bora wa Marekani wakati huo na ilizalisha vurugu sahihi. [4] [30] Wakati huo mzalishaji mwenye nguvu zaidi wa microwave inapatikana nchini Marekani (klystron) alikuwa na uwezo wa watts kumi tu. Magnetron ya cavity ilitumiwa sana wakati wa Vita Kuu ya II katika vifaa vya rada ya microwave na mara nyingi inajulikana kwa kutoa rada ya Allied faida kubwa ya utendaji juu ya rada za Ujerumani na Kijapani , hivyo kuathiri moja kwa moja matokeo ya vita. Ilifafanuliwa baadaye na mwanahistoria wa Marekani James Phinney Baxter III kama "[t] mizigo ya thamani sana iliyotumiwa kwenye pwani zetu". [31]

Maabara ya simu ya Bell yalifanya toleo la uzalishaji kutoka magnetron iliyotolewa kwa Amerika na Mission ya Tizard, na kabla ya mwisho wa 1940, Maabara ya Radiation yalianzishwa kwenye chuo cha Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts ili kuendeleza aina mbalimbali za rada kwa kutumia magnetron. Mapema mwaka wa 1941, radar zilizopuka kwa sentimita zilikuwa zikijaribiwa katika ndege ya Marekani na Uingereza. [4] Mwishoni mwa 1941, Mawasiliano ya simu za utafiti Establishment katika Uingereza kutumika magnetron kuendeleza mapinduzi ya dhuru, ardhi-ramani rada codenamed H2S. Radi ya H2S ilikuwa sehemu iliyoandaliwa na Alan Blumlein na Bernard Lovell .

Rangi ya sentimita, iliyotengenezwa na magnetron ya cavity, iliruhusiwa kutambua vitu vidogo vidogo na matumizi ya antenna ndogo sana. Mchanganyiko wa magnetrons ndogo-cavity, antenna ndogo, na azimio juu kuruhusiwa ndogo, high quality radars kuwa imewekwa katika ndege. Wangeweza kutumika kwa ndege ya doria ya baharini ili kuchunguza vitu kama ndogo kama periscope ya manowari, ambayo iliruhusu ndege kushambulia na kuharibu majaribio yaliyomo yaliyokuwa yameonekana kuwa haionekani kutoka hewa. Radi za mapangilio ya mapendekezo ya sentimenti kama vile H2S iliboresha usahihi wa mabomu ya Allied yaliyotumiwa katika kampeni ya mabomu ya kimkakati , licha ya kuwepo kwa kifaa cha Kijerumani FuG 350 Naxos ili kukiangalia hasa. Radi ya kuweka bunduki ya sentimenti ilikuwa sawa sana kuliko teknolojia ya zamani. Walifanya vikosi vya vita vya Allied vikali vifo zaidi na, pamoja na ukaribu wa hivi karibuni uliotengenezwa, alifanya bunduki za kupambana na ndege hatari zaidi kushambulia ndege. Vilivyounganishwa pamoja na kutumiwa na betri za kupambana na ndege, kuwekwa kwenye njia ya ndege ya Kijerumani V-1 mabomu wakati wa safari yao kwenda London , wanatakiwa kuharibu mabomu mengi ya kuruka kabla ya kufikia lengo lao.

Tangu wakati huo, mamilioni ya magnetrons ya cavity yamefanywa; wakati wengine wamekuwa radar wengi wamekuwa kwa ajili ya vioo microwave . Matumizi katika rada yenyewe imepungua kwa kiasi fulani, kama ishara sahihi zaidi kwa ujumla wamekuwa zinahitajika na watengenezaji wamehamia klystron na kusafiri-wimbi tube mifumo ya mahitaji haya.

Hatari za afya

Tahadhari: hatari ya radiowaves
Tahadhari: chembe sumu kwa mapafu

Bila shaka moja hatari hasa ni maalumu na kumbukumbu. Kama lens la jicho haina kupumua kwa damu, huwa hupunguza joto zaidi wakati unavyoonekana kwa mionzi ya microwave. Inapokanzwa hii inaweza kusababisha athari kubwa ya cataracts katika maisha ya baadaye. [32] Tanuri ya microwave iliyo na mlango uliopigwa na ufungashaji mdogo wa microwave inaweza kuwa na madhara.

Pia kuna hatari kubwa ya umeme karibu na magnetrons, kwa vile zinahitaji nguvu kubwa ya umeme.

Baadhi ya magnetrons wana bisilili ya berilili (beryllia) ya inserators, ambazo ni hatari kama zimevunjika na kuvuta pumzi, au vinginevyo huingizwa. Mkazo wa pekee au sugu unaweza kusababisha berylliosis , hali isiyoweza kupumuliwa ya mapafu. Aidha, beryllia imeorodheshwa kama kansa ya binadamu iliyohakikishwa na IARC ; Kwa hivyo, insulators za kauri zilizovunjika au magnetrons hazipaswi kushughulikiwa moja kwa moja.

Magnetrons yote yana kiasi kidogo cha thoriamu kilichochanganywa na tungsten katika filament yao. Ingawa hii ni chuma cha redio, hatari ya kansa ni ndogo kama haipatikani na matumizi ya kawaida. Tu ikiwa filament imechukuliwa nje ya magnetron, iliyovunjika kwa uharibifu, na kuvuta pumzi inaweza kusababisha hatari ya afya. [33] [34] [35]

Angalia pia

  • Iliyovuka msaidizi wa shamba
  • Yoji Ito , mtaalam wa kijeshi wa Kijapani ambaye alisaidia kujenga vifaa vya kwanza vya magnetron vya Japan mapema mwaka 1939. [36]
  • Klystron
  • Maser
  • Rangi ya Microwave EMP
  • Maabara ya Radiation
  • Kusafiri-wimbi tube

Marejeleo

  1. ^ http://digitalrepository.unm.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1090&context=ece_etds
  2. ^ US 2123728 « Magnetron » of Hans Erich Hollmann , requested by Telefunken GmbH
  3. ^ "The Magnetron" . Bournemouth University. 1995–2009 . Retrieved 23 August 2009 .
  4. ^ a b c d e f g h Angela Hind (February 5, 2007). "Briefcase 'that changed the world ' " . BBC News . Retrieved 2007-08-16 .
  5. ^ a b Schroter, B. (Spring 2008). "How important was Tizard's Box of Tricks?" (PDF) . Imperial Engineer . 8 : 10 . Retrieved 2009-08-23 .
  6. ^ "Who Was Alan Dower Blumlein?" . Dora Media Productions. 1999–2007 . Retrieved 23 August 2009 .
  7. ^ a b Brookner, Eli (19–20 April 2010). "From $10,000 magee to $7 magee and $10 transmitter and receiver (T/R) on single chip" . 2010 International Conference on the Origins and Evolution of the Cavity Magnetron . Retrieved 16 May 2017 .
  8. ^ Ma, L. " 3D Computer Modeling of Magnetrons ." University of London Ph.D. Thesis. December 2004. Accessed 2009-08-23.
  9. ^ "Electric Valves: Diodes, Triodes, and Transistors"[
  10. ^ a b c d e f g "The Magnetron"
  11. ^ "The Magnetron"
  12. ^ a b c L.W. Turner,(ed), Electronics Engineer's Reference Book, 4th ed. Newnes-Butterworth, London 1976 ISBN 9780408001687 , pages 7-71 to 7-77
  13. ^ See:
    • Gerdien, H., Deutsches Reichspatent 276,528 (12 January 1910).
    • Banneitz, F., ed., Taschenbuch der drahtlosen Telegraphie und Telephonie [Pocket book of wireless telegraphy and telephony] (Berlin, Germany: Springer Verlag, 1927), p. 514n.
  14. ^ http://digitalrepository.unm.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1090&context=ece_etds
  15. ^ H. Greinacher (1912) "Über eine Anordnung zur Bestimmung von e/m" (On an apparatus for the determination of e/m), Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft , 14 : 856-864.
  16. ^ "Invention of Magnetron"
  17. ^ Albert W. Hull (1921) "The effect of a uniform magnetic field on the motion of electrons between coaxial cylinders," Physical Review , 18 (1) : 31-57. See also: Albert W. Hull, "The magnetron," Journal of the American Institute of Electrical Engineers , vol. 40, no. 9, pages 715-723 (September 1921).
  18. ^ Biographical information about August Žáček:
    • R. H. Fürth, Obituary: "Prof. August Žáček," Nature , vol. 193, no. 4816, page 625 (1962).
    • "The 70th birthday of Prof. Dr. August Žáček," Czechoslovak Journal of Physics , vol. 6, no. 2, pages 204-205 (1956). Available on-line at: Metapress.com .
  19. ^ Biographical information about Erich Habann:
    • Günter Nagel, "Pionier der Funktechnik. Das Lebenswerk des Wissenschaftlers Erich Habann, der in Hessenwinkel lebte, ist heute fast vergessen" (Pioneer in Radio Technology. The life's work of scientist Erich Habann, who lived in Hessenwinkel, is nearly forgotten today.), Bradenburger Blätter (supplement of the Märkische Oderzeitung , a daily newspaper of the city of Frankfurt in the state of Brandenburg, Germany), 15 December 2006, page 9.
    • Rainer Karlsch and Heiko Petermann, ed.s, Für und Wider "Hitlers Bombe": Studien zur Atomforschung in Deutschland [For and Against "Hitler's Bomb": Studies on atomic research in Germany] (N.Y., N.Y.: Waxmann Publishing Co., 2007), page 251 footnote.
  20. ^ See:
    • A. Žáček, "Nová metoda k vytvorení netlumenych oscilací" ["New method of generating undamped oscillations"], Časopis pro pěstování matematiky a fysiky [Journal for the Cultivation of Mathematics and Physics], vol. 53, pages 378-380 (May 1924). (Available on-line (in Czech) at: Czech Digital Mathematics Library .)
    • A. Žáček, "Über eine Methode zur Erzeugung von sehr kurzen elektromagnetischen Wellen" [On a method for generating very short electromagnetic waves], Zeitschrift für Hochfrequenztechnik [Journal for High Frequency Technology], vol. 32, pages 172-180 (1928).
    • A. Žáček, "Spojení pro výrobu elektrických vln" ["Circuit for production of electrical waves"], Czechoslovak patent no. 20,293 (filed: 31 May 1924; issued: 15 February 1926). Available on-line (in Czech): Czech Industrial Property Office .
  21. ^ Erich Habann, "Eine neue Generatorröhre" [A new generator tube], Zeitschrift für Hochfrequenztechnik , vol. 24, pages 115-120 and 135-141 (1924)
  22. ^ W. Kaiser, "The Development of Electron Tubes and of Radar technology: The Relationship of Science and Technology," pp. 217 - 236 in O. Blumtritt, H. Petzold and W. Aspray, eds., Tracking the History of Radar , IEEE, Piscataway, NJ, USA, 1994
  23. ^ James E. Brittain, "The magnetron and the beginnings of the microwave age," Physics Today , vol. 38, pages 60-67 (1985).
  24. ^ See for example: (1) Soviet physicists: (i) Abram A. Slutskin and Dmitry S. Shteinberg, ["Obtaining oscillations in cathode tubes with the aid of a magnetic field"], Zhurnal Russkogo Fiziko-Khimicheskogo Obshchestva [ Journal of the Russian Physico-Chemical Society ], vol. 58, no. 2, pages 395-407 (1926); (ii) Abram A. Slutskin and Dmitry S. Shteinberg, ["Electronic oscillations in two-electrode tubes"], Ukrainski Fizychni Zapysky [ Ukrainian Journal of Physics ], vol. 1, no. 2, pages 22-27 (1927); (iii) A. A. Slutzkin and D. S. Steinberg, "Die Erzeugung von kurzwelligen ungedämpften Schwingungen bei Anwendung des Magnetfeldes" ["The generation of undamped shortwave oscillations by application of a magnetic field"], Annalen der Physik , vol. 393, no. 5, pages 658-670 (May 1929).
    (2) Japanese engineers: Hidetsugu Yagi, "Beam transmission of ultra-short waves," Proceedings of the Institute of Radio Engineers , vol. 16, no. 6, pages 715-741 (1928). Magnetrons are discussed in Part II of this article. See also: (i) Kinjiro Okabe, ["Production of intense extra-short radio waves by a split-anode magnetron (Part 3)"], Journal of the Institute of Electrical Engineering of Japan , pages 284ff (March 1928); (ii) Kinjiro Okabe, "On the short-wave limit of magnetron oscillations," Proceedings of the Institute of Radio Engineers , vol. 17, no. 4, pages 652-659 (1929); (iii) Kinjiro Okabe, "On the magnetron oscillation of new type," Proceedings of the Institute of Radio Engineers , vol. 18, no. 10, pages 1748-1749 (1930).
  25. ^ "The Magnetron" . Radar Recollections - A Bournemouth University/CHiDE/HLF project . Defence Electronics History Society (formerly CHiDE).
  26. ^ US 2123728 Hans Erich Hollmann/Telefunken GmbH: „Magnetron“ filed November 27, 1935
  27. ^ W. Kaiser, "The Development of Electron Tubes and of Radar technology: The Relationship of Science and Technology," pp. 217 - 236 in O. Blumtritt, H. Petzold and W. Aspray, eds., Tracking the History of Radar , IEEE, Piscataway, NJ, USA, 1994:229
  28. ^ Early Centimetric Ground Radars – A Personal Reminiscence
  29. ^ Willshaw, W. E.; L. Rushforth; A. G. Stainsby; R. Latham; A. W. Balls; A. H. King (1946). "The high-power pulsed magnetron: development and design for radar applications" . The Journal of the Institution of Electrical Engineers - Part IIIA: Radiolocation . 93 (5). doi : 10.1049/ji-3a-1.1946.0188 . Retrieved 22 June 2012 .
  30. ^ Harford, Tim (9 October 2017). "How the search for a 'death ray' led to radar" . BBC World Service . Retrieved 9 October 2017 . The magnetron stunned the Americans. Their research was years off the pace.
  31. ^ James Phinney Baxter III (Official Historian of the Office of Scientific Research and Development), Scientists Against Time (Boston: Little, Brown, and Co., 1946), page 142.
  32. ^ Lipman, R. M.; B. J. Tripathi; R. C. Tripathi (1988). "Cataracts induced by microwave and ionizing radiation". Survey of Ophthalmology . 33 (3): 200–210. doi : 10.1016/0039-6257(88)90088-4 . OSTI 6071133 . PMID 3068822 .
  33. ^ http://www.ansto.gov.au/NuclearFacts/BenefitsofNuclearScience/Inthehome/
  34. ^ http://www.engineerguy.com/elements/videos/video-microwave.htm
  35. ^ http://www.epa.gov/radiation/radionuclides/thorium.html#exposure
  36. ^ Jr. Raymond C. Watson (25 November 2009). Radar Origins Worldwide: History of Its Evolution in 13 Nations Through World War II . Trafford Publishing. pp. 315–. ISBN 978-1-4269-2110-0 . Retrieved 24 June 2011 .

Viungo vya nje

Information
Patents
  • US 2123728 Hans Erich Hollmann/Telefunken GmbH: „Magnetron“ filed November 27, 1935
  • US 2315313 Buchholz, H. (1943). Cavity resonator
  • US 2357313 Carter, P.S. (1944). High frequency resonator and circuit therefor
  • US 2357314 Carter, P.S. (1944). Cavity resonator circuit
  • US 2408236 Spencer, P.L. (1946). Magnetron casing
  • US 2444152 Carter, P.S. (1948). Cavity resonator circuit
  • US 2611094 Rex, H.B. (1952). Inductance-capacitance resonance circuit
  • GB 879677 Dexter, S.A. (1959). Valve oscillator circuits; radio frequency output couplings