Magnetronu to urządzenie przekształca energię kinetyczną elektronów do energii elektromagnetycznej w postaci kuchenki mikrofalowej . Jest to lampa próżniowa bez bramki, w której elektrony emitowane z katody przemieszczają się w kierunku anody, ale są odchylane przez pole magnetyczne po spiralnej trajektorii. Interakcja między wiązką elektronów a anodą wytwarza falę elektromagnetyczną .
Początkowo anoda była podzielona na kilka segmentów, ale w latach czterdziestych XX wieku przeważał bardziej wydajny typ wnęki rezonansowej . Rozwój magnetronu był kluczowy w rozwoju radaru, a więc w trakcie drugiej wojny światowej . Od tego czasu rozprzestrzenił się na inne obszary, w tym na urządzenia gospodarstwa domowego z kuchenką mikrofalową .
Gdy tylko elektron zostanie poruszony, emituje falę zwaną „falą elektromagnetyczną”, która będzie przenoszona z prędkością światła . Jest to teza Jamesa Clerka Maxwella, którą Heinrich Rudolf Hertz zweryfikuje eksperymentalnie w 1888 roku. Édouard Branly udaje się wzmocnić fale elektromagnetyczne o bardzo słabym sygnale.
Elektromagnetycznego oscylacja pomiędzy dwoma biegunami następnie zbadane w ciągu 1920 roku przez Alberta W. Hull z General Electric laboratorium badawczego w Schenectady , Nowy Jork . Był to niezbyt wydajny, ale obiecujący system, który nazwał magnetronem ze względu na odchylanie wiązki elektronów przez pole magnetyczne. W 1926 roku uczeń profesora Hidetsugu Yagi , Kinjirō Okabe , podjął tę innowację, dzieląc anodę na dwie części (anodę dzieloną), co pozwoliło jej przejść z domeny wysokiej częstotliwości (długość fali od 10 do 100 metrów) do części decymetrycznej . Odkrycie to objechało środowisko naukowe, ale ze względu na problemy ze stabilnością nadawanej częstotliwości urządzenie to nie znalazło natychmiastowego zastosowania w telekomunikacji. Uzyskał patent w Stanach Zjednoczonych w 1929 roku ( n o 1,735,294) do tego urządzenia. Niemiec Erich Habann z Uniwersytetu w Jenie i czeski profesor Augustin Žáček z Uniwersytetu Karola w Pradze niezależnie opracowali magnetron zdolny do osiągania częstotliwości od 100 megaherców do 1 gigaherca.
Aż do 1940 roku magnetrony były więc wyposażone w wielosegmentową anodę, a ich moc nie przekraczała stu watów, co nie pozwalało na rozważenie zastosowania w telekomunikacji dalekiego zasięgu czy też wytwarzania impulsów o krótkich falach. Mimo wszystko pierwszymi zastosowaniami, na które skierowany był ten typ magnetronu, były wytwarzanie impulsów elektromagnetycznych do wykrywania gór lodowych i statków. W ten sposób Normandie zostanie wyposażony w eksperymentalny radar SFR w 1936 r., Wykorzystujący magnetron z dzieloną anodą. Plik27 listopada 1935, Hans Erich Hollmann stosowane do patentu pierwszego wielu magnetron. Został przyznany dnia12 lipca 1938. WLuty 1940, na Uniwersytecie w Birmingham, w grupie Marcusa Oliphanta, która intensywnie pracowała nad rozwojem brytyjskich radarów wojskowych, Randall i Boot uzyskali zwiększone moce dzięki nowej sześciocylindrowej strukturze wnęki zamiast wielosegmentowej anody lub wnęk Hollmana. Opracowanie magnetronów wielokomorowych zostało powierzone grupie kierowanej przez ECS Megaw z laboratorium GEC na Wembley .
Megaw był specjalistą w wielosegmentowym magnetronie, który niedawno wyposażył w chłodzenie wodne. Megaw wyszedłMaj 1940pierwsza zapieczętowana wersja magnetronu Randalla i Boota pod nazwą E1188. Ale 8 i9 maja, odwiedził go jego francuski kolega z CSF , Maurice Ponte , który przywiózł mu prototyp M-16 opracowany przez Henri Guttona w laboratoriach SFR , filii CSF. Magnetron, który przywiózł Ponte, miał katodę tlenkową zamiast katody z drutu wolframowego , co rozwiązało problemy życiowe, jednocześnie zwiększając moc. Druga wersja zbudowana przez Megaw, E1189, zawierała katodę tlenkową z magnetronu Guttona, co wyeliminowało chłodzenie wodą. Dwie innowacje, wiele wnęk i katoda tlenkowa, stanowiły podstawę rozwoju przeprowadzonego w laboratoriach amerykańskich.
Wysłannik misji Tizard , Edward George Bowen, przekazał Amerykanom kopię magnetronu wnękowego, aby można było go wyprodukować na dużą skalę, ponieważ Wielka Brytania nie miała ani środków finansowych, ani infrastruktury w tych trudnych czasach. W związku z tym Massachusetts Institute of Technology (MIT) stworzył laboratorium radiacyjne do badania i opracowywania bardziej wyrafinowanych magnetronów. Postęp technologiczny w magnetronie (wnękach) zapewnił aliantom postęp technologiczny, który odegrał główną rolę w wyniku II wojny światowej . Umożliwiło to wyposażenie radaru w potężne źródło radioelektryczne (kilkaset watów ) i krótszą długość fali, pozwalającą na lepszą rozdzielczość wykrywania. Jego wysokie częstotliwości , od 250 MHz do 3 GHz ( UHF ) i powyżej 3 GHz ( fale centymetrowe ), pozwoliły również na zmniejszenie rozmiarów anten, a tym samym na budowę radarów na statkach , a następnie na samolotach .
Niemcy również kontynuowali badania w tej dziedzinie, a Hans Hollmann z Berlina złożył w 1935 roku patent na magnetron z wieloma wnękami rezonansowymi, który armia niemiecka porzuciła na rzecz bardziej stabilnego klistronu częstotliwości.
Magnetron jest lampą elektronową bez kratki zatyczkowej , z centralną katodą ogrzewaną przez włókno oraz pełną i koncentryczną anodą, w której wydrążonych jest kilka wnęk rezonansowych . Osiowe pole magnetyczne jest zazwyczaj utworzona z dwóch magnesów trwałych na obu końcach rury. Spiralna ścieżka (ze względu na pole magnetyczne), z elektronów zachodzi w dostrojony do częstotliwości rezonansowej ubytków.
Magnetron jako samoscylujący pozwala na prosty montaż jak w kuchenkach mikrofalowych. Dostępne moce są rzędu kilku ciągłych kW (szczytowych MW) przy 3 GHz i setek watów (setki szczytowych kW) przy 10 GHz . Magnetrony są dostępne do 35 GHz ( pasmo Ka ). Aby uzyskać te moce, konieczne jest napięcie elektryczne o wartości kilku tysięcy woltów .
Z drugiej strony, charakterystyka wytwarzanej fali ( w szczególności fazy ) jest trudna do kontrolowania, co od dawna ogranicza jej zastosowanie. Wprowadzenie blokady wtrysku pozwoliło na duży postęp w tej dziedzinie. W ten sposób stało się możliwe rozszerzenie zastosowania magnetronu, który jest znacznie tańszy niż inne urządzenia mikrofalowe.
Obecnie magnetron ma dwa główne zastosowania:
W dziedzinie zawodowej, magnetron konkuruje z carcinotron (en) , PT ( Lampa o fali bieżącej ) A teraz półprzewodników .