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Forum: HF, Funk und Felder Funktionsweise Magnetron


Autor: Melvin (Gast)
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Hallo

ich interessiere mich dafür, wie ein Magnetron funktioniert. Ich habe 
dazu schon einiges gelesen. Es ist ja so, dass die Kathode in der Mitte 
wie bei einer normalen Elektronenröhre Elektronen emittiert aufgrund der 
Heizung. Die Elektronen werden dann radial beschleunigt aufgrund der 
Anodenspannung. Da jedoch noch ein Magnetfeld präsent ist, können die 
Elektronen nicht auf einer Geraden nach aussen zur Anode fliegen, 
sondern ihre Bahn wird gekrümmt. Und daher fliegen sie auf einer art 
kreisähnlichen Bahn.

Aussen an der Anode sind ja solche Hohlraumresonatoren angebracht. Kann 
man sagen, dass die frei vorbeifliegenden Elektronen auf die 
Hohlraumresonatoren wie eine entdämpfung / negativer Widerstand wirken?

Was ist der Grund dafür, dass man mit einem Magnetron so viel Leistung 
erzeugen kann? liegt es einfach daran, dass man einen entsprechend hohen 
Anodenstrom fliessen lässt?

Autor: Christoph db1uq K. (christoph_kessler)
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https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetron
In den Laufzeitröhren findet, soweit ich das verstehe, eine 
Wechselwirkung statt  zwischen den Feldern, die sich mit 
Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, und Elektronen, die sich wesentlich 
langsamer bewegen.

: Bearbeitet durch User
Autor: Hp M. (nachtmix)
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Melvin schrieb:
> Kann
> man sagen, dass die frei vorbeifliegenden Elektronen auf die
> Hohlraumresonatoren wie eine entdämpfung / negativer Widerstand wirken?

Weniger.
Im Prinzip ist ein Magnetron ein zum Kreis zusammengebogenes Klystron, 
wodurch Eingang und Ausgang zusammenfällt und eine Rückkopplung 
entsteht.

Der Trick ist, dass durch die elektrischen Felder der Resonatoren der 
Elekronenstrahl eine Dichtemodulation erfährt: Zu schnelle Elektronen 
werden etwas abgebremst und zu langsame Elektronen werden beschleunigt. 
Dadurch entstehen Elektronenpakete, deren Ladung wiederum den nächsten 
Resonator zu stärkeren Schwingungen anregt, was die Dichtemodulation 
weiter erhöht.

: Bearbeitet durch User
Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Melvin schrieb:
> Was ist der Grund dafür, dass man mit einem Magnetron so viel Leistung
> erzeugen kann?

Vermutung: die außenliegende, aus gut wärmeleitfähigem Metall
bestehende Anode lässt sich gut kühlen, um die unvermeidliche
Verlustleistung abzuführen.

Autor: Hp M. (nachtmix)
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P.S.:
In dem von Christian K. verlinktene Wiki-Artikel lese icH:

> Wird die kinetische Energie eines Elektrons zu klein,
> so tritt es in den Anodenblock ein

Das ist natürlich Unfug.
Beim Magnetron werden viel zu langsame Elektronen durch das Magnetfeld 
zur Kathode zurück gelenkt und verursachen, wenn sie dort einschlagen, 
wegen ihrer doch schon erheblichen Energie eine Rückheizung.
Das führt dazu, dass man oftmals im Betrieb die Heizspannung reduzieren 
muss, und bei einigen Typen ist die Rückheizung sogar so stark, dass man 
die Heizung komplett abschalten kann.

Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Hp M. schrieb:
> Beim Magnetron werden viel zu langsame Elektronen durch das Magnetfeld
> zur Kathode zurück gelenkt und verursachen, wenn sie dort einschlagen,
> wegen ihrer doch schon erheblichen Energie eine Rückheizung.

Steht an anderer Stelle auch im Wikipedia-Artikel.

Korrigier' ihn doch einfach so, dass er in sich korrekt ist.  Dafür
ist es doch schließlich ein Wiki.

Autor: Paul B. (paul_baumann)
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Hp M. schrieb:
> Das führt dazu, dass man oftmals im Betrieb die Heizspannung reduzieren
> muss, und bei einigen Typen ist die Rückheizung sogar so stark, dass man
> die Heizung komplett abschalten kann.

Das MUSS man dann sogar machen, weil die Biester sonst "durchgehen". Das 
kann man sich aber z.B. bei Magnetrons in Radaranlagen nicht leisten -im 
doppelten Sinne. Da kostete Eins ein paar Tausend Mark. Das wird nicht 
billiger geworden sein.

Jörg W. schrieb:
> Korrigier' ihn doch einfach so, dass er in sich korrekt ist.  Dafür
> ist es doch schließlich ein Wiki.

So schnell kannst Du nicht gucken, wie solche Korrekturen wieder zurück 
geändert werden.

MfG Paul

Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Paul B. schrieb:
> So schnell kannst Du nicht gucken, wie solche Korrekturen wieder zurück
> geändert werden.

Paul, ich habe schon einiges bei Wikipedia an Kleinkram beigetragen,
bis auf eins, bei dem ich mich geirrt hatte, ist das alles drin
geblieben.  Woher kommt eigentlich immer der Irrglaube, „die
Wikipedianer“ wären alles Knallköppe, die „unter sich bleiben“ wollen?

An dieser Stelle scheint der Artikel ja sogar in sich widersprüchlich
zu sein.  Das könnte man erstmal auf der Diskussionsseite notieren.

Was mich aber an obiger Erklärung ein wenig stört: klar werden
offenbar Elektronen zur Katode zurück befördert.  Aber, damit ein
Stromfluss zustande kommt, müssen ja deutlich mehr Elektronen zur
Anode gelangen, oder?

Autor: Hp M. (nachtmix)
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Paul B. schrieb:
> So schnell kannst Du nicht gucken, wie solche Korrekturen wieder zurück
> geändert werden.

Das kann ich leider bestätigen und mein missionarischer Eifer die 
Platzhirsche zu vertreiben ist annähernd Null.



Jörg W. schrieb:
> Aber, damit ein
> Stromfluss zustande kommt, müssen ja deutlich mehr Elektronen zur
> Anode gelangen, oder?

Natürlich.
Und es gibt auch ein paar Elektronen, die ziemlich parallel zu den 
Magnetfeldlinien aus der Kathode herausgekocht werden, kaum abgelenkt 
werden und und sich dann direkt zur Anode begeben.
Damit das nicht zu viele werden, befinden sich unterhalb und oberhalb 
des Heizwendels bzw. des Kathodenzylinders Abschirmbleche.
https://en.wikipedia.org/wiki/File:Magnetron_secti...


P.S.:
Der HV-Trafo im Mikrowellenherd ist übrigens weit mehr als ein simpler 
Streufeldtrafo mit hohem Innenwiderstand.
Das Teil ist genau auf den Kondensator (und natürlich das Magnetron) 
abgestimmt und bildet damit einen magnetischen Konstanter, der auch 
trotz größere Netzspannungsschwankungen für eine konstante HF-Leistung 
sorgt.
Daher auch die "krummen" Kapazitätsswerte von z.B. 1,05µF mit geringer 
Toleranz.

: Bearbeitet durch User
Autor: Rainer V. (rudi994)
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Daten von ein paar älteren Magnetrons (ohne Gewähr!):

                     Dauerstrich-Magnetron    Impuls-Magnetron
Röhrentyp          :  DX_206     YJ_1190     7093   55029    5586
Heizspannung    (V):      4         5.5         5   13.75      16
Heizstrom       (A):     30          66       3.9     3.5     3.1
Anodenspannung (kV):    5.6         7.0      12.5      22      30
Anodenstrom     (A):   0.38         1.2      12.5      24      70
mittlere Ausgangs-
leistung       (kW):    1.2         5.0      0.02    0.11     0.4
Puls-Spitzen-
leistung       (kW):    ---         ---        40     220     800
Frequenz      (GHz):    2.5        2.45        35     9.5   2.9-3.1
Wellenlänge    (cm):     12      ca. 12       0.8    3.15     ---
Kühlung            : Druckluft   Wasser         Druckluft-Kühlung
Anwendung          : Mikrowellen-Erwärmung      Funkortung (Radar)

U_a und I_a bei den Impuls-Magnetrons sind Impulswerte, 
bei Radarbetrieb z.B.: Puls 3.5 µs, Pause 3500 µs.

(Quelle: Elektronenröhren - A. Däschler, 1969)

Autor: Paul B. (paul_baumann)
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Jörg W. schrieb:
> Woher kommt eigentlich immer der Irrglaube,

Nicht immer, aber immer öfter.

> „die
> Wikipedianer“ wären alles Knallköppe, die „unter sich bleiben“ wollen?

Nicht "alles Knallköppe", aber eine ganze Menge. Gerade bei technischen 
Artikeln stehen nicht viele, aber eben doch einige falsche 
Erklärungen drin. Ich bin aber zu alt, um mich dort herumzustreiten. Wer 
Recht haben WILL, der bekommt von mir selbstverständlich jedes Recht, 
das ich irgendwo auftreiben kann.

MfG Paul

Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Hp M. schrieb:
> Jörg W. schrieb:
>> Aber, damit ein
>> Stromfluss zustande kommt, müssen ja deutlich mehr Elektronen zur
>> Anode gelangen, oder?
>
> Natürlich.

Was genau ist denn nun eigentlich falsch an der dortigen Darstellung?
Doch eigentlich nur, dass die Elektronen mit zu geringer kinetischer
Energie zur Katode zurück fliegen, alle die, die schnell genug sind,
dagegen weiter zur Anode, oder?

Autor: Torsten W. (wirehead)
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Literatur zum Thema:

Elektronengeräte: Prinzipien und Systematik Taschenbuch, E. Brüche 
(Autor), A. Recknagel (Autor), Verlag Springer

Valvo Bauelemente: Messungen und Entwicklungsgesichtspunkte für 
Mikrowellengeräte mit Dauerstrichmagnetrons, G. Euler, Verlag Boysen + 
Maasch

Autor: Rainer V. (rudi994)
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Gliederung der Mikrowellenröhren:
1. Dichtegesteuerte Röhren: Scheibentriode
2. Laufzeitröhren
2.1. Kreuzfeldröhren: Amplitron, Magnetron, Stabilotron
2.2. Linearstrahlröhren:
2.2.1. Wanderfeldröhre, Carcinotron, EIK/EIO
2.2.2. Klystron

Kreuzfeldverstärker (Amplitron, ähnlich Magnetron), Untergruppen:
Platinotron, Amplitron, Stabilotron, Magnetronverstärker.
http://www.radartutorial.eu/08.transmitters/Kreuzf...

Kreuzfeldoszillator/-generator: Magnetron
http://www.radartutorial.eu/08.transmitters/Magnet...

Wanderfeldröhren:
http://www.radartutorial.eu/08.transmitters/Wander...

Extended Interaction Klystron/Oszillator (EIK/EIO)
http://www.radartutorial.eu/08.transmitters/Extend...

Zweikammer-, Mehrkammer- und Reflex-Klystron:
http://www.radartutorial.eu/08.transmitters/Klystron.de.html

Weiteres hier: http://www.radartutorial.eu/

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