Як працює магнетрон

Принцип дії магнетрона заснований на впливі електричного і магнітного полів на траєкторію руху електронів. За своєю суттю, магнетрон є електровакуумним діодом. Іншими словами «електронної лампою» з двома електродами. В основі роботи електровакуумних приладів лежить явище термоелектронної емісії. Термоелектронна емісія виникає при розігріві поверхні емітера (катода), в наслідок чого збільшується кількість електронів, здатних виконати роботу виходу. Для того, що б з'ясувати, як електрони поводяться в електричному полі, розглянемо принцип дії звичайного електровакуумного діода.

На малюнку вище зображено схема роботи електровакуумного діода. На частині «А» малюнка, складена електричний ланцюг складається з діода, батареї живлення «В», і ключа «К». Ключ «К» розімкнути - отже, напруга на аноді відсутня «Ua = 0». Якщо немає напруги, то струм анода теж буде дорівнює нулю «Ia = 0». На нитку розжарення подано напругу «Un» отже, катод діода розігрітий, і найактивніші електрони вже готові покинути його. Але своєї енергії їм для цього не вистачає, тому вони все ще знаходяться біля катода.

Перейдемо до другої частини малюнка. На частині «Б» даного малюнка все та ж схема, але ключ "К" на ній замкнутий. Отже - на аноді з'явилося напруга «Ua = x», подану з позитивного полюса батареї живлення «В» через ключ "К". В результаті чого, між електродами діода виникло електричне поле. Під дією сили цього поля електрони почали залишати катод і кинулися до анода. Таким чином, ланцюг замкнувся і по ланцюгу почав протікати струм анода певної величини «Ia = y». З вище викладеного можна зробити висновок, що електричне поле змушує електрони рухатися по прямій вздовж, своїх силових ліній.

Магнітне поле ніяк не діє на не рухомий електрон. Але якщо електрон, що рухається по прямій траєкторії під дією електричного поля, потрапляє в магнітне поле, то останнім впливає на траєкторію руху електрона, відхиляючи її уздовж своїх силових ліній. Таким чином, електрон рухався по прямій, під дією магнітного поля починає рухатися по дузі.

Тепер розглянемо нутрощі магнетрона. Відмінною особливістю конструкції магнетрона - є конструкція анода. Анод магнетрона є товстостінний мідний циліндр з системою резонаторів всередині. У поперечному перерізі, вид конструкції анода нагадує колесо воза зі спицями. Кожна «спиця» - є резонатором. У центрі анода розташований катод з підігрівачем. По краях анодного блоку знаходяться два кільцевих магніту, які утворюють магнітну систему, між полюсами якої і розташовується анод. Якби дана магнітна система була відсутня, то не було б і магнітного поля і в цьому випадку, при подачі напруги напруження і анодного напруги, електрони рухалися б по прямій, від катода - до анода т. Е. Уздовж силових ліній електричного поля.

На малюнку зверху зображена дуже спрощена схема роботи магнетрона. На ній блакитним кольором виділена приблизна форма траєкторії руху одного електрона покинув катод і прагне до анода. На малюнку видно, що завдяки наявності магнітного поля, траєкторія руху електрона змінюється таким чином, що залишив катод електрон досягає анода, далеко не відразу. Через такого впливу магнітного поля на рух електрона, в робочій області утворюється своєрідне «електронну хмару», яке обертається навколо катода - всередині анода. Пролітаючи повз резонаторів, електрони віддають їм частину своєї енергії і наводять в них струми високої частоти які в свою чергу, створюють сильне СВЧ поле в порожнинах резонаторів. В одну з таких порожнин поміщена петля зв'язку (на схемі не показана), за допомогою якої енергія НВЧ поля виводиться назовні.

Це дуже короткий опис роботи магнетрона. Для тих, хто хотів би познайомитися з принципом його дії ближче, даю посилання на більш докладні описи.