Rob's web

Magnetronbuis

Home - Techniek - Magnetronoven - Magnetronbuis


Een magnetron is een elektronenbuis die door middel van trilholtes en een magneetveld hoogfrequente elektromagnetische velden kan opwekken. Hij heeft zijn naam gegeven aan de magnetronoven, waarin deze buis wordt toegepast. Ook in radarinstallaties, die in de Tweede Wereldoorlog mogelijk werden dankzij de magnetron, wordt hij nog toegepast. Daarnaast hebben magnetrons industriële toepassingen, zoals drogen van materialen, en voor de aansturing van elektrodeloze lampen. Met dit type buis kunnen zeer grote vermogens opgewekt worden, vele kW continu tot 5 MW gepulst bij radar, met een zeer hoog rendement tot 80%. De opgewekte frequenties liggen in het frequentiegebied tussen 0,5 en 100 GHz.

Een bijzondere eigenschap van deze buis is dat hij, in tegenstelling tot andere zendbuizen, zelf een oscillerend systeem vormt. Er is dus geen externe sturing nodig, zoals bij een zendbuis. Daar staat tegenover dat de frequentiestabiliteit van de magnetron matig is, maar dat is voor de meeste moderne toepassingen geen bezwaar.

Magnetron
De magnetronbuis zoals die in ovens wordt gebruikt.

Constructie en werking

De magnetronbuis bestaat uit een staafvormige kathode, waaromheen een cilindrische anode ligt. In de ruimte in het inwendige van de magnetron heerst hoog vacuüm, zoals gebruikelijk bij elektronenbuizen. De anode is voorzien van een aantal holtes die als resonator werken. In de richting van de as is een sterk magneetveld aangebracht. Zonder dit magneetveld zou de buis alleen maar als diode werken. Door het magneetveld worden de elektronen echter afgebogen, als gevolg van de lorentzkracht, waardoor ze spiraalvormige banen willen gaan beschrijven. Door de elektromagnetische resonanties in de resonantieholtes worden de elektronen in groepen gedwongen die als netto effect hebben dat elektronenwolk er uit ziet als spaken in een wiel die in het magnetron ronddraaien. De elektronen geven gedurende hun reis van kathode naar anode een groot deel van de energie die ze door het spanningsverschil tussen anode en kathode krijgen af aan het elektromagnetische veld van de resonantieholtes en belanden met relatief lage snelheid op de anode. Dit lukt alleen als de hoogte van de anodespanning, de sterkte van het magneetveld en de afmetingen van het magnetron voor de bedoelde werkfrequentie optimaal op elkaar afgestemd zijn. De baan die de elektronen beschrijven, wijkt door de interactie met het veld van de resonantieholtes af van een spiraal: ze leggen een zeer complexe baan af, waarin ze voortdurend van snelheid veranderen en ook periodiek dicht bij en verder van de anode af bewegen. Een magnetron kan op verschillende frequenties werken, er zijn een aantal zogenaamde resonantiemodes. De meest voorkomende mode is die, waarin naast elkaar liggende resonantieholtes 180° in fase verschoven zijn. Er worden vaak zogenaamde straps gebruikt, die bijvoorbeeld de even en de oneven anodesegmeneten met elkaar verbinden om zo te bewerkstelligen dat ongewenste resonantiemodes worden onderdrukt en de magnetron op de juiste frequentie werkt. In één van de resonantieholtes bevindt zich een extra elektrode waarmee de microgolfenergie afgetapt kan worden.

Diagram

Doorgezaagde magnetron
De resonantiekamer.