Magnetrón

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Magnetrón

Un magnetrón (inglés: cavity magnetron ) ye un dispositivu que tresforma la enerxía llétrica en enerxía electromagnética en forma de microondes. Foi desenvueltu escontra'l final de los años 30 col fin d'alimentar al radar por aciu una fonte radioeléctrica potente (dellos cientos de vatios) y con una llonxitú d'onda centimétrica, polo tanto unes frecuencies elevaes pa la dómina de 300 MHz a 3 GHz (ondes decimétricas) y más allá de 3 GHz (ondes centimétricas).

Los osciladores de tubos utilizaos enantes yeren incapaces d'apurrir tanta potencia (lo que suponía un algame insuficiente de los radares), a frecuencies tan elevaes (d'onde una discriminación angular débil).

La primer forma de tubu magnetrón, el magnetrón d'ánodu estremáu, foi inventáu por Albert Hull en 1920, pero nun yera capaz pa les altes frecuencies y utilizóse pocu. Dispositivos similares esperimentar con munchos equipos al traviés de los años 1920 y 1930. El modernu tubu magnetrón de cuévanu resonante foi inventáu por John Randall y Harry Boot en 1940 na Universidá de Birmingham, Inglaterra.^[1] L'alta potencia de los pulsos del so dispositivu fixeron posible'l radar de banda centímetrica, radares de llonxitú d'onda más curties que dexaben la detección d'oxetos más pequeños per mediu d'antenes más pequeñes. El tubu magnetrón de cuévanu compactu amenorgó sensiblemente'l tamañu de los conxuntos de radar^[2] de manera que podíen ser instalaos nos aviones anti-submarinos^[3] y nos buques d'escolta.^[2]

Na posguerra, el magnetrón usóse cada vez menos como radar. Esto debió al fechu de los cambeos de salida del magnetrón de pulsu a pulsu, tantu en frecuencia como en fase. Esto fai que la señal sía desaparente pa les comparances pulsio a pulsu, que son llargamente utilizaes pa la detección y eliminación del "desorde" na pantalla de radar.^[4] El magnetrón caltener n'usu en dellos radares, pero convirtióse en muncho más común como una fonte de baxu costu de microondes pal fornu de microondes. Nesta forma, aproximao mil millones de magnetrones tán n'usu anguaño.^[4][5]

Básicamente consiste nun cilindru metálicu, nel qu'hai dispuestes de forma radial una serie de oquedades o cuévanos resonadoras, que se comuniquen con un cuévanu central mayor, en que'l so exa esiste un filamentu metálicu de titaniu. Esta válvula foi desenvuelta orixinalmente a partir de la válvula Klystron, na Universidá de Birmingham (Inglaterra) pol profesor M.L. Oliphant, na seronda de 1939. La idea básica ye utilizar la válvula pa producir señales de potencies elevaes na gama de microondes pa los sistemes de radar qu'inda nun taben abondo desenvueltos. El cilindru pórtase como ánodu y el filamentu central como cátodu. El filamentu, conectáu al polu negativu d'una fonte de corriente continua, ponse incandescente y emite electrones por efeutu termoiónico. El cilindru coneutar al polu positivu y va atraer a los electrones. Tou este conxuntu atópase dispuestu ente los polos d'un potente electroimán.

Por aición d'esti potente campu magnético, los electrones, en llugar de dir en llinia recta escontra'l cilindru, al ser atraíos escontra les oquedades, realicen una trayeutoria circular y, al enfusar nella, movilizar en remolín.

L'espaciu abiertu ente la placa y el cátodu llámase l'espaciu d'interaición. Nesti espaciu los campos llétricu y magnéticu interactúan pa exercer la fuercia sobre los electrones. Yá que toa carga llétrica en movimientu crea al so alredor un campu electromagnético, tolos electrones en movimientu circular nes oquedades producen ondes electromagnétiques –nesti casu microondes– perpendiculares al desplazamientu de los mesmos y de una frecuencia dependiente del tamañu de les oquedades. Sicasí, la frecuencia nun ye precisamente controlable, varia colos cambeos na impedancia de carga, con cambeos na intersidad, y cola temperatura del tubu.Por aciu un cable coaxial, tresmítese la enerxía a un direutor o radiador, constituyíu por una antena.^[6]

¿Qu'asocede dientro de la placa?^[7]

La forma de los cuévanos o oquedades varia, amosar na Figura 3. El cable de salida suel ser una sonda o loop estender nuna de los cuévanos a puntu y xunto a una guía d'onda o na llinia coaxial.

• a) de tipu ranura
• b) de tipu paletes
• c) de tipu sol naciente *

d) de tipu furacu y ranura

El procesu que se produz puede estremase en cuatro fases:

Cuando nun esiste campu magnético, produzse un movimientu uniforme y direutu de los electrones dende'l cátodu a la placa. Si la intensidá del campu magnético aumenta, la curva que dibuxen los electrones ye más pronunciada. Cuando s'algamar el valor del campu crítico, los electrones son esviaos lloñe de la placa y l'intensidá na placa cai. Cuando la intensidá de campu faise entá mayor, les cayíes de corriente de placa lleguen a cero o casi cero.

El campu llétrico nel oscilador magnetrón ye'l productu de los campos de CA y CC. El campu de CC estiéndese radialmente a partir de segmentos axacentes del ánodu al cátodu. Los campos de corriente alterna, que s'estienden ente los segmentos axacentes, amosar nun intre de la magnitú máxima d'una alternanza de les oscilaciones de radio frecuencia que se producen nos cuévanos. Los electrones que se mueven escontra los segmentos d'ánodu cargáu positivamente acelérense. Llogren una mayor velocidá tanxencial. Per otru llau los electrones que se mueven escontra los segmentos con carga negativa amenorguen la so velocidá. De resultes d'una velocidá tanxencial menor.

L'aición acumulativa de munchos electrones tornando al cátodu, ente qu'otros muévense escontra l'ánodu forma un patrón paecíu a los radios d'una rueda en movimientu conocíu como "l'espaciu de carga de la rueda". La rueda de carga espacial xira alredor del cátodu a una velocidá angular de 2 polos (segmentos d'ánodu) por ciclu del campu de corriente alterna. Esta rellación de fase dexa la concentración d'electrones pa lliberar de forma permanente enerxía pa caltener les oscilaciones de radiofrecuencia.

Recordemos qu'un electrón en movimientu contra un campu Y ye aceleráu pel campu y toma la enerxía del campu. Amás, si prescindimos de la enerxía d'un electrón nun campu y ralentízase el movimientu na mesma direición que'l campu (de positivu a negativu). L'electrón pasa la enerxía de cada cuévanu a midida que pasa'l tiempu y llega al ánodu cuando la so enerxía gástase. Poro, l'electrón ayudó a caltener les oscilaciones, yá que tomó la enerxía del campu de CC y dar al campu de corriente alterna.

De normal, por que los imanes permanentes nun dexen de funcionar por algamar la temperatura de Curie, los magnetrones industriales esfrecer con agua, o nel so defectu, con un sistema de dispersión que consiste en plaques metáliques, qu'al empar peneren les ondes electromagnétiques producíes, gracies de primeres de resonancia.

El Magnetrón puede producir salíes de potencia continua de más de 1 kW de potencia a una frecuencia de 1 GHz. La salida baxa a midida que la frecuencia aumenta. Por casu, a los 10 GHz, un magnetrón puede producir de 10 a 20 vatios de radiar frecuencia de salida continua.

Anguaño los usos principales son:

• El radar, onde agora tien la competencia del Klistrón, el carcinotrón, el tubu d'ondes progresives y los semiconductores.
• L'horno microondes. Dizse que s'afayó l'aplicación cuando los téunicos víen a los gorriones quemaos en pasando cerca de les antenes de los primeros radares ingleses, les ondes emitíes pol dispositivu son empuestes por un furu pa llegar hasta los alimentos a calecer, escitando les sos molécules d'agua y amontando la so temperatura, por ello los que son na so mayor parte líquidos con un puntu de ebullición menor al d'otros sólidos calécense más rápido. La principal empresa fabricante de magnetrones na Segunda Guerra Mundial foi la Raytheon Inc. Unu de los sos inxenieros afayó con sorpresa cómo un chocolate que llevaba nel bolsu pa xintar convirtiérase en crema al tar trabayando al llau del radar ^{[necesita referencies]}. Esto llevólu a pensar nel usu domésticu d'esti inventu, llevando a la preparación del primer fornu microondes.
• En medicina física,^[8] les microondes utilícense como métodu de calentamientu fondu (diatermia). La producción de calor basar nel fechu de que les molécules orgániques y d'agua cimblen con gran enerxía (vibración forzada) al ser sometíes a microondes de determinada frecuencia. El resfregón producíu ente les molécules en vibración xenera rápido calor. A última hora, la penetración y l'absorción de les microondes nos texíos biolóxicos depende, fundamentalmente, de tres factores:

1. Llonxitú d'onda. A midida que la llonxitú d'onda mengua (aumenta la frecuencia), mengua la penetración.
2. Conductividá del absorbente. La enerxía de les microondes tiende a enfusar texíos con baxa conductividá y a ser absorbida en texíos con elevada conductividá llétrica. Esencialmente, cuanto mayor ye'l conteníu n'agua del texíu, mayor ye l'absorción. Espesura de grasa subcutáneo. Cuanto mayor ye, dichu espesura, la penetración vese menguada.

• Fornu de microondes