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Informationen
Aufbau - Funktionsweise - Wirkungsweise eines Magnetrons.
Wie funktioniert ein Magnetron?
Radarmagnetron von Varian / CPI, 270kW, X-Band, ca. 10GHz
Ein Magnetron ist im Prinzip eine zylindrische Diode mit einer Hochleistungskatode / Glühkatode als lnnenzylinder, die in einem axialen Magnetfeld arbeitet. Die Glühkatode emittiert bei Anlegen der Anoden- und Heizspannung Elektronen. Die emittierten Elektronen durchlaufen ein Magnetfeld und werden hier auf Epizykloidenbahnen abgelenkt. Die gegen die Katode positiv vorgespannte Anode ist jedoch nicht glatt, sondern als Verzögerungsleitung ausgebildet, die in Π-Mode schwingt. Durch dieses der Wanderfeldröhre ähnliche HF-Geschehen in Bahnscheitelnähe werden die Elektronen in einem Magnetron azimutal solcherart geschwindigkeitsmoduliert, daß sie im wesentlichen Leitbahngeschwindigkeit annehmen. Die in der Nähe der relativ negativen Verzögerungsleitungszinken mit folglich geringerer Geschwindigkeit laufenden Elektronen bekommen im Magnetfeld eine geringere Bahnkrümmung, so daß dieser Teil der falschphasigen Elektronen aussortiert wird, indem sie die "negativen" Anodensegmente erreichen und dort die negative Ladung vermehren, also die Dämpfungsverluste der Verzögerungsleitung überkompensieren. Die angefachten Schwingungen können an einer beliebigen Kammer der Verzögerungsleitung durch eine Schleife ausgekoppelt werden (siehe Bild 1). Die Elektronenströmung zieht sich zu einem "Speichenrad" zusammen, das im gezeichneten Fall im Uhrzeigersinn umläuft. Die Wechselwirkungen gehen aus Bild 2 hervor. Dabei läuft jedoch nur die Hüllkurve, nicht aber das Elektronenindividuum für längere Zeit im Spalt an der Verzögerungsleitung entlang. Ein anderer Teil der falschphasigen Elektronen im gelangt zur Katode und heizt diese auf, so daß bei vielen Magnetron-Typen nach dem Einschwingen die Katodenheizung reduziert werden muß. Neuere Modelle arbeiten mit Kaltkathoden, hier emittiert die Kathode auch im unbeheizten Zustand Elektronen.
Um das Anschwingen im Π-Mode zu erleichtern, werden bei einigen Typen jeweils die geradzahligen und auch die ungeradzahligen Anodensegmente durch Kurzschlußbügel (sogenannte "strips") miteinander verbunden. Auch die Anodenform der "rising sun" (Bild 3) begünstigt den Anschwingvorgang im Π-Mode.
| Bild 1 | Bild 2 | Bild 3 |
| Schema des Magnetrons |
Zur Wechselwirkung zwischen: |
Anode vom Rising-sun-Typ |
| 1 Katode 2 Anode 3 Verzögerungsleitung 4 Elektronenströmung |
Elektronenströmung und elektromagnetischer Welle bei Magnetrons |
Die Rechteckform der Anode begünstigt das Anschwingen in der Π-Mode |
| (weisse Pfeile symbolisieren die Feldkräfte, die die darge- stellte Elektronenkonfiguration hervorrufen) |
Das Magnetron stellt einen nur begrenzt durchstimmbaren Oszillator dar, der sehr hohe Leistungen mit gutem Wirkungsgrad im GHz-Gebiet erzeugen kann. Leistungen von 0,2...50kW bei 2...30GHz mit über 60% Wirkungsgrad sind typisch für Dauerstrichbetrieb, 10MW und mehr Leistung bei Impulsmagnetrons. Neuentwicklungen bemühen sich um das Submillimetergebiet (Frequenzen über 300GHz). Eine Anwendung des Magnetrons für AM- und FM-Sender ist in einfacher Weise allerdings nicht möglich, da diese nicht/schlecht modulierbar sind. Das Magnetron wird hauptsächlich in Radaranlagen, in der HF-Therpie (Medizintechnik), in der Gastronomie (Mikrowellenherd) sowie beim Magnetronsputtern zur Beschichtung von Oberflächen angewendet.
Historisch bemerkenswert ist die erstmalige Anwendung des Magnetrons als Hochleistungs-Impulsgenerator für die Radartechnik Anfang der 40er Jahre.
Grundsätzlich werden zwei verschiedene Typen von Magnetrons unterschieden.
Dauerstrich-Magnetrons:
Dieser Typ Magnetron arbeitet kontinuierlich im Dauerstrichbetrieb. Die Dauerstrichmagnetrone geben ihre Energie kontinuierlich ab und werden beispielsweise in Mikrowellenherden verwendet.
Im Dauerstrichbetrieb können einige kW erzielt werden.
Impuls-Magnetrons:
Diese Impulsmagnetrone geben ihre Energie stoßweise als Impuls bzw. Impulsfolge ab und finden ihre Anwendung vornehmlich in Radaranlagen.
Die Ansteuerung eines Impulsmagnetrons erfolgt in der Regel mit leistungsstarken Wasserstoffthyratrons, in neueren Anlagen auch mit Halbleitern.
Im Impulsbetrieb können mehr als 10 MW erzielt werden.
Auf unseren OSTRON- Shopseiten finden Sie unter der Kategorie Bauelemente / Röhren ein umfangreiches Angebot verschiedenster Magnetrone. Viele Magnetron- Typen haben wir auf Lager und Sie können diese bei uns bestellen.
Bei Interesse nutzen Sie bitte die Option Preisanfrage, um Bestands- bzw. Preisanfragen zu stellen oder kontaktieren Sie uns direkt per E-Mail info@ostron.de
konventionelles Magnetron der Haushaltsmikrowelle
Frequenz 2,45GHz
Querschnitt / Innenaufbau
Das Blechgehäuse, die Kühllamellen und die zwei Permanentmagneten wurden für den Schnitt entfernt, innen mittig sitzt die Glühkathode für die Elektronenemission, die Auskoppung der HF erfolgt direkt an einem der Hohlraumresonatoren.
Historisches Magnetron 5J30 vom Hersteller General Electric aus den 40er-50er Jahren.
Dauerstrich-(CW)-Magnetron der ersten Generation
* Frequenz: 10...375MHz
* Leistung: max. 200W
* externer Permanent-Magnet
* flüssiggekühlte Anode und luftgekühlter Glaskolben
Puls-Magnetrone für Radarsysteme
Magnetrone militärischer Anwendung im Grössenvergleich:
links ein großes Verstärkermagnetron (Amplitron, Eingangsleistung 14kW, Ausgangsleistung 140kW), externer Permanentmagnet, flüssigkeitsgekühlt,
rechts ein kleines Magnetron mit integriertem Permanent-Magnet.
Schnittmodell eines flüssiggekühlten Magnetrons,
rechts-Kühlanschlüsse, links-Anschlüsse für hydraulische Frequenz-Verstimmung, HF-Auskopplung unten im Glaskolben.
Gut zu erkennen sind die Kurzschlußbügel (strips) um die Katode,
die den Anschwingvorgang begünstigen.
kleines russisches Radarmagnetrons MI-158-1,
Frequenzbereich 9330-9420 MHz, Puls-Leistung 7kW
Schnitt /Innenaufbau des MI-158-1, Konstruktionstyp "rising sun", der Permanentmagnet wurde für den Schnitt entfernt.
Ansicht nach Demontage des Hohlleiters,
innen mittig sitzt die Glühkathode
Der Konstruktionstyp "rising sun" begünstigt den Anschwingvorgang,
die kleine Kupferschlaufe ist für die Auskopplung der HF zuständig
Einkopplung der HF in den Hohlleiter
Die Kathode und die innen liegende Heizwendel,
links der Anschluss für die Heizung
Magnetron - Auskopplung der Hochfrequenz
| Auskopplung der HF-Energie über eine Koppelschleife | Auskopplung der HF-Energie über einen Schlitz |
Koaxial - Auskopplung beim Magnetron MI-29
Schlitz-/ Trichter- Auskopplung beim Magnetron MI-341z
Schlitzauskopplung beim Magnetron MI-147
Schlitzauskopplung beim Magnetron MI-325
Auskopplung in den Hohlleiter beim Magnetron MI-146
Schlitzauskopplung beim russischen Radarmagnetron Typ MI-335
Schnittmodell eines russischen Magnetrons Typ MI-119 mit Koaxialausgang.
Aufbau der mechanischen Resonanzverstimmung des Magnetrons.
Modell-Schnitt durch ein Radarmagnetron Typ MI-21
Radar-Magnetron MI-126A,
Querschnitt und Innenansicht
hier das mechanisches tuning-Element des Magnetron MI-126A, die "tuning-Stifte" stecken verschiebbar im Resonanzraum und sorgen für das Frequenztuning
Radar-Magnetrone - zwei typische Defekte durch Überlast
| Bild 1 | Bild 2 |
| Glasdurchschmelzung an der Hohlleiterauskopplung eines Radarmagnetrons, beim Schmelzdurchbruch zieht die Röhre Luft (Gasfüllung des Hohlleiters), daraus resultiert die trichterförmige Wölbung des Glases nach innen | Hochspannungsüberschlag an der Kathode eines Radar-Magnetrons, auch hier schmolz und brach in Folge der hohen Energie der Glasisolator, was zur Zerstörung des Magnetrons führte |
mechanisches Frequenztuning beim Magnetron MI-261
Magnetron MI-146 für militärisches Radargerät Baklan
Das russische Magnetron MI-146 ist ein Impulsmagnetron mit einer Pulsleistung von ca. 150kW für ein russisches Marine-Radargerät.Das Magnetron MI-146 wird und wurde eingesetzt im Radargerät MR-102 Baklan.
Das MR-102 Baklan (russisch Баклан, deutsch: Kormoran) ist ein sowjetisches Rundsicht- und Zielverfolgungs-Radarsystem, welches hauptsächlich auf Torpedo- und Patrouillenbooten eingesetzt wurde. Der NATO-Codename lautet Pot Drum.
Das System MR-102 kam unter anderem in den Schiffsklassen Stenka-Klasse (teilweise), Pauk-Klasse (teilweise), Shershen-Klasse, Turya-Klasse.
Quelle: www.wikipedia.org
Das Magnetron MI-146 ohne (links) und mit (rechts) Frequenztuningmodul
Frequenztuning beim Magnetron MI-146
Kubanisches Boot der Turya-Klasse mit Baklan-Radom am Mast
Quelle: www.wikipedia.org
| Technische Daten MR-102 „Pot Drum“ | |
|---|---|
| Frequenzbereich | X-Band (9275-9460 MHz) |
| Pulswiederholzeit | |
| Pulswiederholfrequenz | 1,6 - 1,65 kHz / 3,2-3,3 kHz |
| Sendezeit (PW) | 0,5 - 1 µs |
| Empfangszeit | |
| Totzeit | |
| Pulsleistung | 150 kW |
| Durchschnittsleistung | |
| angezeigte Entfernung | 37 km |
| Entfernungsauflösung | |
| Öffnungswinkel | etwa 3° |
| Trefferzahl | |
| Antennenumlaufzeit | 10-12 oder 15-24 Sekunden |
Magnetron und Exportbeschränkungen
Militärische Radartechnik unterlag strengster Geheimhaltung, auch für Magnetrone galten Exportbeschränkungen, hier eine Plakette von einem alten deutschen Magnetron zum Exportverbot in diverse Länder.
Extremely High Frequency Magnetron MI-350A
Hochfrequenz-Puls-Magnetron MI-350A, sehr hoher Frequenzbereich 34,4-35,4GHz, K-Band (Q-Band-USA), das entspricht einer Wellenlänge von ca. 8,4mm...8,7mm, der Hohlleiteranschluss hat einen Querschnitt von nur 7,2×3,4mm
Radar-Sendestufe, aus russischer MIG
MiG-21, Quelle: www.wikipedia.org
