تاريخه

اخترع الرادار خلال الحرب العالمية الثانية . وكان الاحتياج كبيرا لابتكار مولد موجة صغرية للموجات الصغرية ذو قدرة عالية ، بحيث يعمل على انتاج موجات كهرومغناطيسية طولها نحو 10 سنتيمتر (تردد 3 جيجا هرتز ) ، وليس 150 سنتيمتر (تردد 200 ميجا هرتز) وهذا ما كان موجودا في ذلك الوقت وتنتجه صمام ثلاثي صمامات ثلاثية . وعرف في ذلك الوقت أن مخترعا ألمانيا هانز هولمان قام في عام 1935 بتسجيل اختراع في برلين عن ماغنيتون رنيني ذو فراغات متعددة في المصعد.


patent US 2123728 Hans Erich Hollmann/Telefunken GmbH „Magnetron“ filed Nov ber 27, 1935 ولكن الجيش الألماني لم يرى في الجهاز الذي اخترعه هوفمان




نفعا بالنسبة لاستخدامه في رادارهم ، واعتمد الجيش الألماني على جهاز كليسترون في رادارهم.


Original cavity magnetron, 1940 (9663811280) مصعد المصعد ذو فجوات الذي اخترعه جون راندال البريطاني للماغنترون.


ولكن الرادار في ذلك الوقت لم يكن في استطاعته انتاج قدرة عالية ، الشيء الذي هو في استطاعة الماغنترون. ولهذا لم يقدر الطيران الألماني ضرب إنجلترا ليلا بسبب الرادار الإنجليزي الذي يعمل بالماغنترون ، فقد كانت إنجلترا ترسل المقاتلات لاصطياد القاذفات الألمانية قبل وصولهم للأراضي البريطانية .


W. Kaiser, The Development of Electron Tubes and of Radar technology The Relationship of Science and Technology, pp. 217 - 236 in O. Blumtritt, H. Petzold and W. Aspray, eds., < >Tracking the History of Radar, IEEE, Piscataway, NJ, USA, 1994 229







في عام 1940 قام الفيزيائي جون راندال من جامعة برمنجهام في المملكة المتحدة مع هاري بووت ، قاما بإنتاج ماغنترون هوفمان ذو الفجوات ، مع تزويده بمبرد سائل لأنه كان يسخن بسرعة . وبذلك استطاعا انتاج ماغنترون يعمل بقدرة عالية تصل إلى نحو 100 ضعف عن ذي قبل .


ننا استطاعا في عام 1941 في التغلب على مسألة عدم استقرار تردد الماغنترون عن طريق تعديلات في الفجوات ( يمكن قراءة المراحل الأولى لاختراع الماغنترون في المرجع ( cite journal last Willshaw first W. E. author2 L. Rushforth author3 A. G. Stainsby author4 R. Latham author5 A. W. Balls author6 A. H. King The high-power pulsed magnetron development and design for radar applications journal The Journal of the Institution of Electrical Engineers - Part IIIA Radiolocation year 1946 volume 93 issue 5 doi 10.1049/ji-3a-1.1946.0188 url http //ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber 5299321&tag; 1 accessdate 22 June )

أنواعه

1. الماجنترون الخطي إنك Linear Magnetron وفيه المجالين المغناطيسي والكهربي متعامدين


2. الماجنترون الإسطواني إنك Cylindrical Magnetron وفية يكون الآنود والكاثود ( المصعد و المهبط ) إسطوانيي الشكل ، متحدي المحور ، والكاثود بالداخل (أي الإسطوانة الأقل قطر). وبذلك يكون المجال الكهربي مجالا قطريا والمجال المغناطيسي على امتداد محور الإسطوانة.

فكرة العمل

1. عند تطبيق المجال الكهربي فقط تتحرك الإلكترونات من الكاثود إلى الآنود


2. عند تطبيق مجال مغناطيسي ضعيف ينحرف الإلكترون تحت تأثير القوى المغناطيسية، ويمكن حساب نصف قطر دائرة انحراف الإلكترون من المعادلة المعروفة سابقا


3. نصف قطر دائرة انحراف الإلكترون R mv/eB ؛ حيث m كتلة الإلكترون ، و v سرعته ، وe شحنة الإلكترون ، و B شدة المجال المغناطيسي.


4. ونلاحظ من المعادلة أنه مع زيادة المجال المغناطيسي تسير الإلكترونات في دائرة ولكن نصف قطر هذه الدائرة يتناقص كلما زادت شدة المجال المغناطيسي . ولذلك هناك قيمة معينة لشدة المجال المغناطيسي تلزم لحدوث مسار دائري للإلكترونات بحيث تلمس بالكاد سطح الآنود ويطلق عليها شدة المجال المغناطيسي الحرجة. وهي القيمة القاطعة لتيار الآنود.

شرح نظرية العمل

فكرة عمل صمام الماجنترون ‏ 270 thumb تسير الإلكترونات في دوائر تحت تـاثير المجال المغناطيسي


تعتمد فكرة عمل الماجنترون بصفة أساسية على تبادل الطاقة بين سيل الإلكترونات المتحركة في وجود مجال كهربائي و مجال مغناطيسي متعامدين وبين موجة كهرومغناطيسية محددة التردد الأمر الذي يرفع طاقة تلك الموجة إلى المستوى المطلوب (اُنظرالشكل ) . الإلكترونات تنطلق من سطح الكاثود K إلى سطح الأنود A تحت تأثير مجال كهربائي اتجاهه من K إلى A في نفس الوقت يقع الإلكترون أثناء حركته تحت تأثير المجال مغناطيسي لمغناطيس في شكل حدوة الحصان يحيط بالكاثود والأنود (المجال المغناطيسي عمودي على مستوى الرسم واتجاهه إلى داخل الرسم). الإلكترونات تتعرض لقوة تجعلها تتخذ مساراً منحنياً طبقاً للعلاقة بين شدة المجال الكهربائي والمغناطيسي ، فبعضها تتبدد معظم طاقته عند الاصطدام بالسطح K وبعضها يرتطم بالسطح A ومعظم طاقته تتحول إلى طاقة حرارية ترفع درجة حرارة السطح A (تأثير غير مرغوب ويحتاج تبريد ). وبعضها الأخر يتحرك في مسار متوسط ويقترب أقرب ما يكون مماس للسطح A ويعطي كل طاقته إلى المجال المغناطيسي. نقل طاقة الإلكترون إلى المجال المغناطيسي الواقع بين السطحين K، A يؤدي إلى تكبير الموجة الكهرومغناطيسية بنفس مقدار طاقة الإلكترونات المتحركة بين السطحين.

تكوينه

يتكون الماجنترون من مهبط إنك Cathode الذي هو عبارة عن أنبوبة مركزية من مادة التنجستين ، و مصعد إنك Anode عبارة عن اسطوانة متحدة المركز مع المهبط، وبها فجوات. حجم وعدد الفجوات حول محيط المصعد يحدد تردد الذبذبات الناتجة والتحكم في قيم المجال المغناطيسي والكهربائي. يلاحظ أن الإلكترون يتخذ مساراً منحنياً أثناء تحركه من المهبط إلى المصعد وعند مواجهته لكل فجوة من الفجوات يفقد جزء من طاقته لصالح المجال المتذبذب ثم تعمل المجالات الموجودة بين المهبط والمصعد على استعادة الإلكترون لمساره المنحني مرة أخرى، وهكذا كلما واجه فجوة فقد جزءاً من طاقته لصالح المجال المتذبذب إلى أن يصل ماسّاً لسطح المصعد بعد أن يكون أعطى كل طاقته للمجال وبذلك ينتج الماجنترون ذبذبات في حيز الموجات المتناهية القصر تصل قدرتها إلى مئات من الكيلوات .

كما يمكن تغيير تردد بعض الماجنترونات أي توليفها في حدود معينة بما يناسب عمل جهاز الرادار وذلك بعدة طرق منها تغيير شكل أحد الفجوات.

Magnetron02.svg رسم توضيحي للماغنترون ، مسار الإلكترون حلزوني (أخضر) بين الكاثود والأنود. المجال المغناطيسي عمودي على الرسم.


رسم تخطيطى لتركيب الماجنترون



الصمام المغناطيسي الإلكتروني أو المغناتروناللجنة الكهروتقنية الدولية] هو صمام ينتج موجة صغرية موجات صغرية ، منه ما هو ذو قدرة عالية تصل إلى حيز واط ميجا واط] . مردود هذا النوع من الصمامات جيد، وهو اجود من مردود الأنواع الاخرى من الصمامات التي تولد اشاراة كهربائية ذات تردد عالي جدا.




يتصف عمل الماغنترون بالتفاعل المتبادل بين المجال الكهربائي والمجال المغاناطيسي لتويد اهتزاز عالي جدا ، وبالتالي ينتج موجات صغرية.


يتم هذا التفاعل حول المهبط وبما ان المصعد مكون من عدد من الفجوات الرنانة يصبح المردود في انتاج الأشعة الصغرية مرتفع .


File Magnetron cutaway drawing.png upright 1.6 مقطع توضيحي في ماغنترون من عام 1984 ، وترى إلى اليمين االكاثود وفراغات الأنود ويحيطها مغناطيس (رمادي اللون) في شكل حدوة الحصان (مقطوع من اليمين للتوضيح)



الماجنترون