1.2Конструкція

Магнетрон складається з анодного блоку, який представляє собою, як правило, металевий циліндр товстостінний з прорізаними в стінках порожнинами, які виконують роль об'ємних резонаторів. Резонатори утворюють кільцеву коливальну систему. До анодному блоку закріплюється циліндричний катод. Усередині катода закріплений підігрівач.Магнітне поле, паралельне осі приладу, створюється зовнішніми магнітами або електромагнітом.Для виведення НВЧ енергії використовується, як правило, дротяна петля, закріплена в одному з резонаторів, або отвір з резонатора назовні ціліндра.Резонатори магнетрона є замедляющую систему, в них відбувається взаємодія пучка електронів і електромагнітної хвилі. Оскільки ця система в результаті кільцевій конструкції замкнута сама на себе, то її можна порушити лише на певних видах коливань, з яких важливе значення має π-вид. Цей вид коливань названий так тому, що напруги СВЧ на двох сусідніх резонаторах зрушені по фазі на π.Для стабільної роботи магнетрона (щоб уникнути перескоків під час роботи на інші види коливань, що супроводжуються змінами частоти і вихідний потужності) необхідно, щоб найближча резонансна частота коливальноїсистеми значно відрізнялася від робочої частоти (приблизно на 10%). Так як в магнетроні з однаковими резонаторами різниця цих частот виходить недостатньою, її збільшують або введенням зв'язок у вигляді металевих кілець, одне з яких сполучає всі парні, а інше всі непарні ламелі анодного блоку, або застосуванням разнорезонаторной коливальної системи (парні резонатори мають один розмір, непарні - інший). Магнетрони можуть працювати на різних частотах від 0,5 до 100 ГГц, з потужностями від декількох Вт до десятків кВт в безперервному режимі, і від 10 Вт до 5 МВт в імпульсному режимі при тривалості імпульсів головним чином від часток до десятків мікросекунд.Магнетрони володіють високим ККД (до 80%). Магнетрони бувають як неперебудовувані, так і перебудовуються в невеликому діапазоні частот (зазвичай менше 10%). Для повільної перебудови частоти застосовуються механізми, що приводяться в рух рукою, для швидкої (до декількох тисяч перебудов в секунду) - ротаційні і вібраційнімеханізми. Електрони еміттіруєт з катода в простір взаємодії, де на них впливає постійне електричне поле анод-катод, постійне магнітне поле і поле електромагнітної хвилі. Якби не було поля електромагнітної хвилі, електрони б рухалися в схрещених електричному та магнітному полях за порівняно простим кривим: епіціклоідам (крива, яку описує точка на колі, що котиться по зовнішній поверхні кола більшого діаметра, у конкретному випадку - по зовнішній поверхні катода). При досить високому магнітному полі (паралельному осі магнетрона) електрон, що рухається по цій кривій, не може досягти анода (унаслідок дії на нього з боку цього магнітного поля сили Лоренца), при цьому говорять, що сталося магнітне замикання діода. У режимі магнітного замикання деяка частина електронів рухається по епіціклоідам в просторі анод-катод.Під дією власного поля електронів, а також статистичних ефектів (дробовий шум) в цьому електронному хмарі виникають нестійкості, які призводять до генерації електромагнітних коливань, ці коливання посилюються резонаторами. Електричне поле виникла електромагнітної хвилі може уповільнювати або прискорювати електрони. Якщо електрон прискорюється полем хвилі, то радіус його циклотронного руху зменшується і він відхиляється в напрямку катода. При цьому енергія передається від хвилі до електрона.Якщо ж електрон гальмується полем хвилі, то його енергія передається хвилі, при цьому циклотронний радіус електрона збільшується і він одержує можливість досягти анода. Оскільки електричне поле анод-катод здійснює позитивну роботу тільки якщо електрон досягає анода, енергія завжди передається в основному від електронів до електромагнітної хвилі. Однак, якщо швидкість обертання електронів навколо катода не буде збігатися з фазовою швидкістю електромагнітної хвилі, один і той же електрон буде поперемінно прискорюватися і гальмуватися хвилею, в результаті ефективність передачі енергії хвилі буде невеликою. Якщо середня швидкість обертання електрона навколо катода збігається з фазовою швидкістю хвилі, електрон може перебувати безперервно гальмує області, при цьому передача енергії від електрона до хвилі найбільш ефективна. Такі електрони групуються в згустки (так звані «спиці»), що обертаються разом з полем. Багаторазове, протягом ряду періодів, взаємодія електронів з і фазова фокусування в магнетроні забезпечують високий коефіцієнт корисної дії і можливість отримання великих потужностей.

Рис 1. Будова магнетрона

1-вивід катода; 2-вивід ВЧ-енергії; 3-щілина зв'язоку; 4- гнучка діафрагма;

5- катодні екрани.