Proiectarea generatorului de microunde

De la Publicitate Enciclopedica

Magnetronul este un element esential in generarea energiei de microunde, el transformind frecventa retelei de 50 Hz in inalta frecventa 2,451GHz.

Este un tub vidat de geometrie cilindrica avind 2 electrizi anod si catod.

Anodul este realizat din cupru si consta din mai multe cavitati care formeaza circuite rezonante. Una din aceste cavitati contine o antena care permite extragerea energiei si transmiterea ei in exterior.

Catodul are in general forma elicoidala este realizat din wolfram se incalzeste pana la temperatura de 2000 [K] datorita aplicarii unei tensiuni cuprinse intre 5-10 V si in plus catodul este plasat la un potential negativ de tensiune intre 6-10kV.

Aceste magnetroane pot functiona in regim continuu sau in impulsuri dand puteri de ordinul zecilor de kw cu un randament de 70%.

Functionarea magnetronului se bazeaza pe transferul de energie pe care il realizeaza electronii in spatiul de interactiune.

Electronii absorb energie de la sursa de tensiune anodica si o cedeaza prin intermediul campului electric de inalta frecventa cavitatilor rezonante.

Sub actiunea campului electric creat de tensiunea anodica si a campului magnetic creat de magnet sau electromagnet electronii se pun in miscare descriind traiectoria sub forma unor bucle succesive denumite cicloide.

Aceste ciclode sunt caracterizate printr-o viteza de translatie ,si o viteza de rotatie.

Cand viteza de transfer si cea de rotatie sunt egale inelele sunt cicloide.

Electronii care se deplaseaza in sensul liniilor de camp sunt franati si cedeaza o parte din energia lor cinetica. Electronii care se misca in sens contrar liniilor de cimp sunt accelerati si absorb energia de la campuri de inalta frecventa. Pentru ca energia cedata de electroni sa fie mai mare decat energia primita si magnetronul sa functioneze cu un randament bun trebuie ca pe o parte sa se mareasca numarul de electroni franati iar pe de alta parte sa se micsoreze numarul de electroni accelerati. In afara de aceasta este necesar ca timpul necesar in care electronii utili adica cei franati se deplaseaza de la o fanta la alta sa corespunda cu jumatate din perioada oscilatiilor de inalta frecventa, pentru ca astfel sa se gaseasca in dreptul fiecarei fante tot un camp franat . Elecronii franati descriu bucle mai largi ramanand mai mult timp in spatiul de interactiune si trecand prin fata mai multor fante ei cedeaza o cantitate de energie mai mare campului.

Influenta hotaratoare asupra performantelor si asupra fiabilitatii magnetronului o are catodul datorita caracteristicii sale de emisie electronica emisie care se masoara in [A/cm2]. In cazul magnetronului eliberarea din metal a electronilor se produce prin emisie termoelectronica pe seama energiei termice furnizata de catodul incalzit fenomen puternic dependent de temperatura si de materialul catodului.

In magnetron doar o parte a caldurii catodului se produce datorita curentului de incalzire, cealalta parte destul de insemata provine de la electronii de faza nefavorabila a caror energie cinetica se transforma in caldura prin bombardarea regresiva ciocnind neelastic catodul. La magnetroanele de tip radar adica acele magnetroane care functioneaza in impulsuri dupa o scurta perioada de incalzire circuitul de filament este dereglat si incalzirea este asigurata in continuare de bombardamentul electronilor de faza nefavorabila.

Pentru realizarea catozilor se utilizeaza sarma de wolfram toriat, timp de lucru pentru acesta este de 1900-1950[K]. Pentru wolfram toriat la temperatura de 1900[K] densitatea curentului de saturatie este de js=10[A/cm2]. Temperatura de topire a Wolframului este 3370[0C]. Cresterea temperaturii de lucru asigura o crestere rapida a emisiei dar cauzeaza in mod nedorit reducerea accentuata a duratei de viata a catodului.Alegand temperaturi de lucru mai joase scaderea emisiei poate fi compensata prin marirea suprafetei de emisie deci prin marirea dimensiunilor catodului.Catozii realizati din Wolfram toriat au o emisivitate de aproximativ 1000de ori mai mare decat cei realizati Wolfram pur la aceeasi temperatura de functionare.Activarea catozilor din Wolfram toriat se face in timpul vitarii magnetronului dupa care se tin timp de ore la o temperatura de 210[K] timp in care emisia electronica creste la valoarea nominala.

La o crestere a temperaturi in intervalul 2400-2500[K] corespunde o crestere de 2,6 ori a emisiei electronice in timp ce viteza de evaporare este de 5,8 mai mare. Pentru dimensionarea catozilor cu incalzire directa se recomanda pentru alegerea emisiei electronice 90% din valoarea curentului de saturatie.

Pentru determinarea dimensiunilor radiale a lamelelor se pleaca de la considerentul ca doua lamele vecine trebuie sa formeze o cavitate rezonanta asimilata din punct de vedere al repartitiei campului electromagnetic cu o linie bifilara cu dielectric vid scurtcircuitata la un capat si avand o lungime electrica λ0/4 numita linie rezonanta un sfert de unda lungimea reala a cavitatii corespunzatoare rezonantei numita si lungime geometrica este mult mai mica decat sfertul de unda.