Rekayasa Gelombang Mikro - Magnetron
Berbeda dengan tabung yang telah dibahas sejauh ini, Magnetron adalah tabung medan silang tempat medan listrik dan medan magnet saling bersilangan, yaitu saling tegak lurus. Dalam TWT, diamati bahwa elektron ketika dibuat untuk berinteraksi dengan RF, untuk waktu yang lebih lama, daripada di Klystron, menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi. Teknik yang sama diikuti di Magnetron.
Jenis Magnetron
Ada tiga jenis utama Magnetron.
Jenis Resistensi Negatif
- Hambatan negatif antara dua segmen anoda, digunakan.
- Mereka memiliki efisiensi yang rendah.
- Mereka digunakan pada frekuensi rendah (<500 MHz).
Magnetron Frekuensi Siklotron
Sinkronisme antara komponen listrik dan elektron berosilasi dipertimbangkan.
Berguna untuk frekuensi yang lebih tinggi dari 100MHz.
Jenis Gelombang atau Rongga Bepergian
Interaksi antara elektron dan medan EM yang berputar diperhitungkan.
Osilasi daya puncak tinggi disediakan.
Berguna dalam aplikasi radar.
Magnetron Rongga
Magnetron disebut sebagai Cavity Magnetron karena anoda dibuat menjadi rongga resonan dan magnet permanen digunakan untuk menghasilkan medan magnet yang kuat, di mana aksi keduanya membuat perangkat bekerja.
Pembangunan Cavity Magnetron
Katoda silinder tebal hadir di tengah dan blok silinder tembaga, dipasang secara aksial, yang bertindak sebagai anoda. Blok anoda ini terbuat dari sejumlah slot yang berfungsi sebagai rongga anoda resonan.
Ruang yang ada antara anoda dan katoda disebut sebagai Interaction space. Medan listrik hadir secara radial sedangkan medan magnet hadir secara aksial di dalam rongga magnetron. Medan magnet ini dihasilkan oleh magnet permanen, yang ditempatkan sedemikian rupa sehingga garis magnet sejajar dengan katoda dan tegak lurus dengan medan listrik yang ada di antara anoda dan katoda.
Gambar berikut menunjukkan detail konstruksi rongga magnetron dan garis magnet fluks yang ada, secara aksial.
Magnetron Rongga ini memiliki 8 rongga yang saling menempel erat. Magnetron rongga-N memiliki mode operasi $ N $. Operasi ini bergantung pada frekuensi dan fase osilasi. Pergeseran fasa total di sekitar cincin resonator rongga ini harus $ 2n \ pi $ di mana $ n $ adalah bilangan bulat.
Jika $ \ phi_v $ mewakili perubahan fasa relatif dari medan listrik AC melintasi rongga yang berdekatan, maka
$$ \ phi_v = \ frac {2 \ pi n} {N} $$
Di mana $ n = 0, \: \ pm1, \: \ pm2, \: \ pm \: (\ frac {N} {2} -1), \: \ pm \ frac {N} {2} $
Artinya, mode resonansi $ \ frac {N} {2} $ dapat muncul jika $ N $ adalah bilangan genap.
Jika,
$$ n = \ frac {N} {2} \ quad lalu \ quad \ phi_v = \ pi $$
Mode resonansi ini disebut sebagai $ \ pi-mode $.
$$ n = 0 \ quad lalu \ quad \ phi_v = 0 $$
Ini disebut sebagai Zero mode, karena tidak akan ada medan listrik RF antara anoda dan katoda. Ini juga disebut sebagaiFringing Field dan mode ini tidak digunakan dalam magnetron.
Pengoperasian Cavity Magnetron
Saat Cavity Klystron sedang beroperasi, kami memiliki kasus berbeda untuk dipertimbangkan. Mari kita bahas secara detail.
Case 1
Jika medan magnet tidak ada, yaitu B = 0, maka perilaku elektron dapat diamati pada gambar berikut. Mempertimbangkan contoh, di mana elektrona langsung menuju ke anoda di bawah gaya listrik radial.
Case 2
Jika terjadi peningkatan medan magnet, gaya lateral bekerja pada elektron. Ini dapat diamati pada gambar berikut, dengan mempertimbangkan elektronb yang mengambil jalur melengkung, sementara kedua gaya bekerja di atasnya.
Radius jalur ini dihitung sebagai
$$ R = \ frac {mv} {eB} $$
Ini bervariasi secara proporsional dengan kecepatan elektron dan berbanding terbalik dengan kekuatan medan magnet.
Case 3
Jika medan magnet B semakin meningkat, elektron mengikuti jalur seperti elektron c, hanya menyentuh permukaan anoda dan membuat arus anoda menjadi nol. Ini disebut sebagai "Critical magnetic field"$ (B_c) $, yang merupakan medan magnet cut-off. Lihat gambar berikut untuk pemahaman yang lebih baik.
Case 4
Jika medan magnet dibuat lebih besar dari medan kritis,
$$ B> B_c $$
Kemudian elektron mengikuti jalur sebagai elektron d, di mana elektron melompat kembali ke katoda, tanpa pergi ke anoda. Ini menyebabkan "back heating"dari katoda. Lihat gambar berikut.
Ini dicapai dengan memutus suplai listrik setelah osilasi dimulai. Jika ini dilanjutkan, efisiensi emisi katoda akan terpengaruh.
Pengoperasian Cavity Magnetron dengan Active RF Field
Sejauh ini kita telah membahas pengoperasian rongga magnetron di mana medan RF tidak ada di rongga magnetron (kasus statis). Sekarang mari kita bahas operasinya ketika kita memiliki medan RF aktif.
Seperti di TWT, mari kita asumsikan bahwa ada osilasi RF awal, karena beberapa transien kebisingan. Osilasi ditopang oleh pengoperasian perangkat. Ada tiga jenis elektron yang dipancarkan dalam proses ini, yang tindakannya dipahami sebagai elektrona, b dan c, dalam tiga kasus berbeda.
Case 1
Ketika ada osilasi, sebuah elektron a, Memperlambat pemindahan energi untuk berosilasi. Elektron yang mentransfer energinya ke osilasi disebut sebagaifavored electrons. Elektron inilah yang bertanggung jawabbunching effect.
Case 2
Dalam hal ini, elektron lain, katakanlah b, mengambil energi dari osilasi dan meningkatkan kecepatannya. Saat dan saat ini dilakukan,
- Ini membungkuk lebih tajam.
- Ini menghabiskan sedikit waktu dalam ruang interaksi.
- Ia kembali ke katoda.
Elektron ini disebut sebagai unfavored electrons. Mereka tidak berpartisipasi dalam efek pengelompokan. Juga, elektron-elektron ini berbahaya karena menyebabkan "pemanasan kembali".
Case 3
Dalam hal ini, electron c, yang dipancarkan sedikit kemudian, bergerak lebih cepat. Ia mencoba mengejar elektrona. Elektron yang dipancarkan berikutnyad, mencoba melangkah dengan a. Akibatnya, elektron disukaia, c dan dmembentuk tandan elektron atau awan elektron. Ini disebut sebagai "Efek pemfokusan fase".
Keseluruhan proses ini dipahami lebih baik dengan melihat gambar berikut.
Gambar A menunjukkan pergerakan elektron dalam berbagai kasus, sedangkan gambar B menunjukkan awan elektron yang terbentuk. Awan elektron ini terjadi saat perangkat sedang beroperasi. Muatan yang ada di permukaan internal segmen anoda ini, mengikuti osilasi di rongga. Ini menciptakan medan listrik yang berputar searah jarum jam, yang sebenarnya dapat dilihat saat melakukan percobaan praktis.
Sementara medan listrik berputar, garis fluks magnet dibentuk sejajar dengan katoda, di bawah efek gabungannya, tandan elektron dibentuk dengan empat jari, diarahkan secara berkala, ke segmen anoda positif terdekat, dalam lintasan spiral.