PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Y APLICACIONES DE UN KLISTRON Y MAGENTRON

Saúl Martínez MolinaG04N20

KLYSTRON El klystron es un tubo

de vacío que puede producir amplificaciones de microondas media y alta potencia de banda estrecha.

USO 

Klistrones se utilizan especialmente en el radar, los aceleradores de radioterapia o esterilización, Estaciones de televisión UHF, las estaciones de radiodifusión por satélite, calefacción por microondas o física de alta energía ( aceleradores de partículas lineales sincrotrones , ...).

HISTORIA 

Su invención se atribuye generalmente a Russell y Sigurd Varian hermanos en 1937 en el Stanford

En 1939, un klystron más manejable fue desarrollado en Inglaterra por Robert Stutton y se llama la "klystron reflejo." Klistrones de energía pueden llegar a más de1000 k W  .

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 

Klystrons se utilizan como un oscilador o más a menudo como un amplificador de microondas. La señal de RF a la entrada de un klistrón se amplifica de manera consistente con un haz de electrones generados por un filamento caliente.

El haz de electrones emitida desde el cátodo calentado, es enfocada por los electrodos donde existe un campo magnético intenso. A continuación se acelerados por un voltaje de aceleración aplicado al cátodo. El control ánodo modula la intensidad del haz y por lo tanto determina la corriente de haz.El haz pasa a través de una primera cavidad resonante. Esta cavidad está conectada a la fuente de ser amplificada y es excitado por ella. Esta excitación produce un campo variable eléctrica en la cavidad, dirigido paralelamente a la dirección de los electrones. Dependiendo de cuando los electrones pasan a través de la cavidad, algunos son acelerada y otros lentos. La velocidad de los electrones es modulada a través de la cavidad. Esta modulación de la velocidad se convierte en una modulación de la densidad, es decir, una corriente de modulación.

El haz pasa entonces a través de otro resonador. Estas son excitadas por variaciones en la corriente de haz. Durante el paso de la viga en estas cavidades, el fenómeno de la modulación de la velocidad del haz se amplifica de acuerdo con la misma operación que en la primera cavidad. Este mecanismo continúa hasta que la cavidad de salida. Durante el curso, el haz se enfoca a través de bobinas de enfoque .

En la última cavidad, los electrones ceden parte de su energía cinética en forma de radiación electromagnética, que es esta vez recuperada a través de un circuito de acoplamiento conectada a la cavidad 

MAGNETRON

Un magnetrón es un dispositivo que convierte la energía cinética en energía electromagnética en forma de microondas . Se trata de un tubo de vacío sin rejilla donde los electrones emitidos por un cátodo a un cabezal de ánodo, pero son desviados por un campo magnético en una trayectoria en espiral. La interacción entre el haz de electrones y el ánodo produce ondas electromagnéticas.

Inicialmente, el ánodo se divide en varios segmentos, pero en 1940, que es el tipo cavidades resonantes y más eficientes, lo que ha hecho cargo. El desarrollo del magnetrón fue crucial para que el radar y, por tanto, en el curso de la Segunda Guerra Mundial. Desde entonces, se ha extendido a otras áreas, incluyendo electrodomésticos.

USO Hoy en día, el magnetrón tiene dos usos principales: El radar cuando es desafiado por el klystron,

el carcinotron, TOP ( tubo de ondas viajando ) y ahora semiconductores.

El horno de microondas. Según la historia, es un técnico de radar que descubrió que su "tazón" sentado al lado de la antena transmisora estaba caliente, que es el origen de la invención del horno microondas. También cita las palomas cayendo cocidos después de pasar cerca de las antenas de los radares ingleses primero.

HISTORIA La oscilación electromagnética entre dos polos se exploró en los años

1920 por Albert W. Hull Laboratorio de Investigación de la General Electric en Schenectady, Nueva York. Era un sistema ineficiente, pero prometedora llamó magnetrón debido a la desviación del haz de electrones mediante un campo magnético . En 1926, un estudiante del profesor Hidetsugu Yagi, Kinjiro Okabe, adoptado esta innovación mediante la división del ánodo en dos piezas (ánodo split) que le permitió mover el campo de alta frecuencia(10 a 100 metros de longitud de onda ) que decímetro . Este recorrido de descubrimiento de la comunidad científica, pero debido a problemas de estabilidad de la frecuencia transmitida, este dispositivo no se usó inmediatamente en telecomunicaciones. Él recibió una patente en los Estados Unidos en 1929 (N º 1735294) para esta unidad. Alemán Erich Habann en la Universidad de Jena, y el profesor Agustín Checa Žáček en la Universidad Carolina de Praga, desarrollada de forma independiente un magnetrón frecuencias de hasta 100 MHz a 1 GHz.

Hasta 1940, los magnetrones estaban bien equipadas con un ánodo de múltiples segmentos, y su potencia no exceda de cien vatios que no permite considerar su uso en comunicaciones de largo alcance o la producción de pulsos longitud de onda corta. Sin embargo, las primeras aplicaciones cubiertas por este tipo de magnetrón eran los que producen pulsos electromagnéticos para la detección de icebergs y barcos. La Normandía está bien equipado con un radar experimental del SFR en 1936 utilizando un ánodo del magnetrón división 5 . El 27 de noviembre de 1935, Hans Erich Hollmann ha solicitado una patente para el primer multi-cavidad magnetrón. Se le concedió 12 de julio 1938 6 . En febrero de 1940, de la Universidad de Birmingham, en el grupo de Marcus Oliphant, quien trabajó extensamente en el desarrollo de los radares militares británicos Randall y Boot mayores poderes obtenidos con una nueva estructura con seis cavidades cilíndricas en lugar del ánodo multisegmento o Hollman caries. El desarrollo de estos magnetrones de múltiples cavidades se encomendó al grupo encabezado por ECS Megaw, Wembley el laboratorio del GEC.

Megaw era un especialista magnetrones varios segmentos que se había equipado recientemente con refrigeración por agua. Megaw fue lanzado en mayo de 1940 una primera versión del magnetrón Randall sellado y arranque, como el E1188. Sin embargo, los días 8 y 9 de mayo, recibió la visita de su colega francés del LCR, Maurice Ponte acompañado del capitán Labat que le trajo un prototipo M-16 desarrollado por Henri Gutton en los laboratorios de la SFR, filial de la CSF. El magnetrón que incluye un cátodo Ponte interpuesto óxido en lugar del cátodo de alambre de tungsteno, que resuelve los problemas de la vida, mientras que también aumenta el poder. La segunda versión construida por Megaw, el E1189, que se incorpora el óxido de cátodo magnetrón Gutton, lo que permite eliminar el agua de refrigeración 7 , 8 . Ambas innovaciones, cavidades múltiples y cátodo de óxido, fueron la base de los desarrollos realizados en los laboratorios de EE.UU. 9 .

El enviado de la Misión Tizard, George Edward Bowen, dio una copia de la cavidad magnetrón a los estadounidenses con el fin de hacer a gran escala, Gran Bretaña tenía ni los recursos financieros ni la infraestructura en estos momentos difíciles. El Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), creado para que elLaboratorio de Radiación para el estudio y desarrollo de más magnetrones avanzados. Los avances tecnológicos realizados en el magnetrón (cavidades) siempre que los Aliados un avance tecnológico que ha jugado un papel importante en el desenlace de la Segunda Guerra Mundial. Permitió a proporcionar radar radio de la fuente de alimentación potente (cientos de vatios) y la longitud de onda más corta para una mejor resolución de la detección. Su frecuencia alta de250 MHz a 3 GHz ( UHF) y más allá de 3 GHz ( ondas centímetro ) permite, además de la reducción del tamaño de la antena y por lo tanto la construcción de los radares a bordo del barco primero, entonces tenía .

Los alemanes también continuó la investigación en esta área y Hans Hollmann en Berlín obtuvo una patente en 1935 en un magnetrón múltiples cavidades resonantes que el ejército alemán abandonó en favor de la klystron frecuencia más estables.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 

Diagrama de funcionamiento de una cavidad magnetrón El magnetrón es un tubo de vacío sin rejilla de parada, con

un cátodo central, calentado por un filamento, y un ánodo concéntrico de masa y en el que se cortan varias cavidades resonador. Un campo magnético axial, generalmente creada por dos imanes permanentes en cada extremo del tubo. La ruta en espiral(debido al campo magnético) de los electrones es a una frecuencia sintonizada a las cavidades resonantes.

El magnetrón es auto-oscilante, que permite la edición simple, como en hornos de microondas. Potencias disponibles son del orden de unos pocos kW continua (MW de pico) a 3 GHz y cientos de vatios (pico cientos de kW) a 10 GHz . Magnetrones están disponibles hasta 35 GHz ( banda Ka). Para estos poderes una tensión de varios miles de voltios se requiere.

Por contra, las características de la onda producida ( Fase particular) son difíciles de controlar lo que ha limitado durante mucho tiempo su uso. La introducción de bloqueo de inyección tiene un gran avance en este campo. Por lo tanto, fue posible ampliar el uso del magnetrón, y mucho menos caro que otros dispositivos de microondas.