Microondas Magnetron: 5 Fatos Rápidos Completos

Pontos de discussão: Microondas Magnetron

• Introdução ao Magnetron Microondas
• Uma breve história do micro-ondas Magnetron
• Aplicações do Magnetron
• Construção do Magnetron
• Operação dentro de um magnetron
• Preocupações relacionadas à saúde de magnetrons

Introdução ao Microondas Magnéticas | O que é Magnetron?

Um magnetron é uma espécie de tubo de microondas. Antes de discutir sobre magnetron e seus tópicos relacionados, vamos descobrir algumas das definições básicas.

Tubos de microondas: Tubos de microondas são dispositivos que geram microondas. Eles são os canhões de elétrons que produzem tubos de feixe linear.

Agora, a definição de Magnetron é dada como -

Magnetrão: Magnetron é uma espécie de tubo de vácuo que gera sinais da faixa de frequência de microondas, com o auxílio de interações de um campo magnético e feixes de elétrons.

O tubo magnetron consome alta potência e sua frequência depende da dimensão física das cavidades dos tubos. Há uma diferença primária entre um Magnetron e outros tipos de tubos de microondas. Um magnetron funciona apenas como um oscilador, mas não um amplificador, mas um Klystron (um tubo de microondas) pode funcionar como amplificador e como oscilador.

Uma breve história do micro-ondas Magnetron

A Siemens Corporation desenvolveu o primeiro magnetron no ano de 1910 com a orientação do cientista Hans Gerdien. O físico suíço Heinrich Greinacher descobriu a ideia do movimento dos elétrons no campo elétrico e magnético cruzado de seus próprios experimentos fracassados ​​de cálculo da massa dos elétrons. Ele desenvolveu o modelo matemático por volta do ano 1912.

Nos Estados Unidos, Albert Hull começou a trabalhar para controlar os movimentos dos elétrons usando um campo magnético em vez de usar o campo eletrostático convencional. O experimento foi iniciado para contornar a patente de 'triodo' da Western's Electric.

Hull desenvolveu um dispositivo quase como um Magnetron, mas não tinha a intenção de gerar sinais de frequências de micro-ondas. O físico tcheco August Žáček e o físico alemão Erich Habann descobriram, independentemente, que o Magnetron poderia gerar sinais com frequências na faixa de microondas.

A invenção e o aumento da popularidade do RADAR aumentaram a demanda por dispositivos que podem produzir microondas em comprimentos de onda mais curtos.

No ano de 1940, Sir John Randall e Harry Boot da University of Birmingham desenvolveram um protótipo funcional de um magnetron de cavidade. No início, o aparelho produzia cerca de 400 Watts de potência. Outros desenvolvimentos, como refrigeração a água e várias outras melhorias, aumentaram a potência produzida de 400 W para 1 kW e depois para 25 kW.

Havia um problema relacionado à instabilidade da frequência no magnetron desenvolvido por cientistas britânicos. Em 1941, James Sayers resolveu esse problema.

Aplicações do Magnetron

Um magnetron é um dispositivo benéfico, tem várias aplicações em vários campos. Vamos discutir alguns deles.

• Magnetrons no radar: O uso do Magnetron para um radar usado para gerar pulsos curtos de frequências de microondas de alta potência. O guia de ondas de um magnetron é conectado a qualquer uma das antenas dentro de um radar.
  • Existem vários fatores do Magnetron que causam complexidade ao Radar. Um deles é o problema relacionado à instabilidade da frequência. Este fator gera o problema de mudanças de frequência.
  • A segunda característica é que um magnetron produz sinais com o poder de uma largura de banda mais ampla. Portanto, o receptor deve ter uma largura de banda mais ampla para aceitá-los. Agora, tendo uma largura de banda maior, o receptor também recebe algum tipo de ruído que não é desejado.

• Magnetron Aquecimento | Fornos Microondas Magnetron: Magnetrons são usados ​​para gerar microondas que são usados ​​para aquecimento. Dentro de um forno de micro-ondas, a princípio, o magnetron produz os sinais de micro-ondas. Então o Guia de ondas transmite os sinais para uma porta transparente de RF para a câmara de alimentos. A câmara é de dimensão fixa e também próxima ao magnetron. É por isso que os padrões de ondas estacionárias são randomizados pelo motor giratório, que gira o alimento dentro da câmara.

• Iluminação Magnetron: Existem muitos dispositivos disponíveis que acendem usando a excitação Magnetron. Dispositivos como a lâmpada de enxofre são um excelente exemplo dessa luz. Dentro dos dispositivos, o magnetron gera o campo de micro-ondas, que é realizado por um guia de ondas. Em seguida, o sinal é passado pela cavidade emissora de luz. Esses tipos de dispositivos são complexos. Hoje em dia, eles não são usados ​​no lugar de elementos mais superficiais como nitreto de gálio (GaN), ou HEMTs são usados.

Construção do Magnetron

Nesta seção, discutiremos a construção física e os componentes de um Magnetron.

O magnetron é agrupado como um diodo conforme é implantado na grade. O ânodo do magnetron é colocado em um bloco de forma cilíndrica que é feito de cobre. Existem filamentos com filamento de chumbo e o cátodo no centro do tubo - os filamentos-chumbo ajudam a manter o cátodo e o filamento ligados a ele no centro. O cátodo é feito de material de alta emissão e é aquecido para a operação.

O tubo tem de 8 a 20 cavidades ressonantes que são orifícios cilíndricos ao redor de sua circunferência. A estrutura interna é dividida em várias partes: o número de cavidades presentes no tubo. A divisão do tubo é feita pelas estreitas ranhuras que conectam as cavidades ao centro.

Cada cavidade funciona como um circuito ressonante paralelo onde a parede oposta do bloco de cobre do ânodo funciona como um indutor. A região da ponta da palheta é considerada o capacitor. Agora, a frequência ressonante do circuito depende das dimensões físicas do circuito ressonador.  

É evidente que se uma cavidade ressonante começa a oscilar, ela excita outras cavidades ressonantes e elas também começam a oscilar. Mas existe uma propriedade que toda cavidade segue. Se uma cavidade começa a oscilar, a próxima cavidade começa a oscilar com 180 graus de atraso na fase. Isso se aplica a todas as cavidades. Agora, a série de oscilações cria uma estrutura de ondas lentas que é independente. É por isso que este tipo de construção de Magnetron também é conhecido como “Multi-Cavity Travel Travel Magnetron”.

O cátodo fornece os elétrons necessários para o mecanismo de transferência de energia. Como mencionado anteriormente, o cátodo está no centro do tubo, posteriormente configurado pelos condutores do filamento. Há um espaço aberto particular entre o cátodo e o ânodo que precisa ser mantido; caso contrário, isso causará mau funcionamento do dispositivo.

Existem quatro tipos de disposição de cavidades disponíveis. Eles estão -

• Tipo de slot
• Tipo Vane
• Tipo de Sol Nascente
• Tipo de furo e fenda

Operação de uma micro-ondas magnetron

Magnetron passa por algumas fases para gerar sinais de faixas de frequência de microondas. As fases estão listadas abaixo.

• Fase 1: Geração e aceleração de feixe de elétrons
• Fase 2: Controle de velocidade e mudanças do feixe de elétrons
• Fase 3: Geração de “Roda de Carga Espacial”
• Fase 4: Transformação de energia

Embora o nome das fases seja indicativo o suficiente para nos permitir discutir os incidentes, eles ocorrem em cada fase.

Fase 1: geração e aceleração do feixe de elétrons

O cátodo dentro da cavidade possui a polaridade negativa da voltagem. O ânodo é mantido em uma direção radial do cátodo. Agora, o aquecimento indireto do cátodo causa o fluxo de elétrons em direção ao ânodo. No momento da geração, não há campo magnético presente na cavidade. Mas, após a geração do elétron, um campo magnético fraco curva o caminho dos elétrons. O caminho do elétron sofre uma curva acentuada se a força do campo magnético aumentar ainda mais. Agora, se a velocidade dos elétrons aumenta, a curva se torna mais nítida novamente.

Fase 2: controle de velocidade e mudanças do feixe de elétrons

Esta fase ocorre dentro do campo CA da cavidade. O campo AC está localizado dos segmentos anódicos adjacentes à região catódica. Este campo acelera o fluxo do feixe de elétrons, que está fluindo em direção aos segmentos anódicos. Os elétrons que fluem em direção aos segmentos ficam mais lentos.

Fase 3: Geração da “Roda de Carga Espacial”

O fluxo de elétrons em duas direções diferentes com velocidades separadas causa um movimento conhecido como “roda de carga espacial”. Isso ajuda a aumentar a concentração de elétrons, o que fornece ainda mais energia suficiente para as oscilações de radiofrequência.

Fase 4: Transformação de energia

Agora, após a geração do feixe de elétrons e sua aceleração, o campo adquire energias. Os elétrons também distribuem alguma energia para o campo. Ao viajar dos elétrons do cátodo, distribui energia em todas as cavidades pelas quais passa. A perda de energia causa uma diminuição na velocidade e, eventualmente, desaceleração. Agora, isso acontece várias vezes. A energia liberada é usada de forma eficiente e até 80% de eficiência é alcançada.

Preocupações relacionadas à saúde da Magnetron Microondas

Um micro-ondas magnetron produz sinais de micro-ondas que podem causar problemas em corpos humanos. Alguns magnetrons consistem de tório em seu filamento, que é um elemento radioativo e não é bom para os humanos. Elementos como óxidos de berílio e isolantes feitos de cerâmica também são perigosos se forem triturados e inalados. Isso pode afetar os pulmões.

Há também chances de danos por superaquecimento de fornos de micro-ondas magnetron. Magnetrons requerem alta potência de tensão suprimentos. Portanto, há uma chance de riscos elétricos também.

Sudipta Roy

Olá, meu nome é Sudipta Roy. Eu fiz B. Tecnologia em Eletrônica. Sou um entusiasta da eletrônica e atualmente me dedico à área de Eletrônica e Comunicações. Tenho grande interesse em explorar tecnologias modernas, como IA e aprendizado de máquina. Meus escritos são dedicados a fornecer dados precisos e atualizados a todos os alunos. Ajudar alguém a adquirir conhecimento me dá imenso prazer.
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