Undele electromagnetice de inalta fregventa (cuptorul cu microunde)

Undele electromagnetice de inalta fregventa (cuptorul cu microunde)

In jurul unui conductor strabatut de curent exista un camp magnetic, ce exercita o forta asupra unui purtator de sarcina in miscare. La fel cum definim vectorul intensitatea campului electric E, ca fiind forta ce actioneaza asupra unitatii sarcinii de proba aflata in repaus, putem defini un alt camp, prin acea parte a fortei ce actioneaza asupra sarcinii de proba in miscare, fiind proportional cu viteza.

Pentru a fi mai precis, sa presupunem ca intr-un anumit punct din spatiu, la un anumit moment, intr-un sistem de coordonate oarecare, experientele arata ca forta ce se exercita asupra unei sarcinii de proba q, care se misca cu viteza constanta v, este data de:

F=qE+qvxB

In care E si B, sunt vectori ce nu depind de v. Daca aceasta relatie este adevarata, definim E ca fiind intensitatea campului electric in acel loc si B ca fiind inductia magnetica in acel loc.

Pentru a justfica aceasta determinare trebuie sa aratam experimental sau pe alta cale, ca o asemenea relatie poate fi gasita oricnd.

Forta ce actioneaza asupra sarcinii de proba, nu depinde de loc de viteza ei, daca toate celelalte sarcinii se afla in repaus. Asta inseamna ca pentru B=0, ecuatia este valabila peste tot.

Unitatea de masura pentru B, daca forta este experimata in N si distanta in m se numeste tesla. Ea este de multa vreme folosita de fizicieni si ingineri si desi exista si alte sisteme de unitati, ea este unitatea cea mai des utilizata pentru inductia campului magnetic. Inductia campului magnetic a Pamantului, in apropierea suprafetei sale, este in jur de aproximativ 5*10 T.

Campul dintre polii unui electromagnet mare se masoara in zecimi de tesla. Sunt destul de usor de atins valori de 1-2 tesla intr-un magnet obisnuit si 6-8 tesla intr-un magnet industrial supraconductor. Obtinerea campurilor de 10 tesla cer eforturi deosebite. Campurile magnetice din petele solare sunt de ordinul sutimilor de tesla si se cunosc cateva stele la suprafata carora campurile sunt mai mari decat o zecime de tesla. In general campurile magnetice extinse in univers sunt relativ slabe. O masuratore recenta (un tip special de masuratore spectroscopica) a unui camp magnetic interstelar dintr-o regiune mica a Galaxiei noastre a dat o valoare in jur de 10 T. La scara galactica, o asemenea valore a campului nu este neglijabila. De fapt campurile magnetice au un rol esential, uneori determinant in dinamica galactica. Astfel, 10 T-valore studiata de om de-a lungul secolelor, reprezinta acum, media geometrica dintre campurile magnetice importante in cosmologie si cele mai puternice campuri obtinute in laborator

Campul magnetic ca si campul electric, ne ajuta sa descriem cum interactioneaza particulele incarcate unele cu altele. Daca spunem ca inductia magnetica in punctul (4,5;3,2;6,0) la orele 12:00 este indepartat orizontal, in sensul negativ al axei y si are valoarea de 5*10 T, determinam prin aceasta acceleratia cu care se misca particula incarcata in acest punct de coordonate spatiu-timp. Remarcabil este faptul ca o asemenea afirmatie care determina, pur si simplu, marimea vectoriala B, epuizeaza tot ce se poate spune. Cunoscand aceasta marime , se poate determina in mod univoc acea parte a fortei care depinde de viteza si care actioneaza asupra unei particule incarcate oarecare, ce se misca cu o viteza oarecare. Aceasta face inutila descrierea celorlalte particule incarcate care sunt surse ale campului.

Cu alte cuvinte, daca doua sisteme complet diferite de particulele in miscare produc, intr-un punct oarecare , acelasi E si B,atunci comportarea oricarei particule de proba in acel punct, in cele doua sistemele, va fi exact aceeasi. Aceasta este si motivul pentru care, conceptia de camp ca intermediar in interactiunea particulelor, este utila. Si tot din acest motiv, consideram campul ca o existenta obiectiva, reala.

Experienta lui Rowland

Cu o suta de ani in urma, nu era evident ca un curent ce trece printr-un conductor si un purtator de sarcina electrica in miscare sunt in esenta surse identice ale campului magnetic.

Ideea unitatii dintre electricitate si magnetism, care decurgea din lucrarea lui Maxwell, sugera ca orice purtator de sarcina in miscare trebuie se creeze un camp magnetic, dar era greu de dovedit experimental.

Faptul ca o foita incarcata electrostatic, aflata in miscare produce un camp magnetic a fost demonstrat pentru prima oara de Henry Rowland, marele fizician american recunoscut pentru perfectiunea retelei sale de difractie. Rowland a facut multe masuratori electrice ingenioase si precise dar nici una nu i-a incercat atat de dur virtuozitatea experimentala ca detectarea si masurarea campului magnetic a unui disc incarcat ce se rotea. Campul ce trebuia detectat era aproximativ de ordinul 10 din valoarea campului pamantesc - o experienta formidabila chiar cu aparatura actuala!

Undele (radiatiile) electromagnetice pot fi grupate dupa fenomenul care sta la baza producerii lor. Astfel, radiatiile numite hertziene se datoresc oscilatiei electronilor in circuitele oscilante LC sau in circuitele electronice speciale.

Prin transformarea energiei interne a oricarui corp in energie electromagnetica rezulta radiatiile termice. Radiatiile electromagnetice, numite radiatiile de franare, apar la franarea brusc a electronilor in campul nucleului atomic.Radiaiile sincrotron (denumirea se datoreaza faptului ca acest fenomen a fost pus in evidenta la o instalatie de accelerare a electronilor in camp magnetic, numit sincrotron) si au originea in miscarea electronilor intr-un camp magnetic.

Acestor grupe de radiatii le corespund anumite domenii de frecvente.

Cea mai uzuala impartire a radiatiilor electromagnetice se face insa dupa frecventa si lungimea sa de unda in vid.

Aceasta cuprinde urmatoarele grupe:

1.Undele radio Domeniul de frecventa a acestor unde este cuprins intre zeci de hertzi pana la un gigahertz (1GHz = 10⁹Hz), adica au lungimea de unda cuprinsa intre cativa km pana la 30cm. Se utilizeaza in special in transmisiile radio si TV. Dupa lungimea de unda se subimpart in unde lungi (2Km-600m), unde medii (600-100 m), unde scurte (100-10 m) si unde ultrascurte (10 m-1cm).

2.Microundele Sunt generate ca si undele radio de instalatii electronice. Lungimea de unda este cuprinsa intre 30cm si 1mm. In mod corespunzator frecventa variaza intre 10⁹-310¹¹Hz. Se folosesc in sistemele de telecomunicatii, in radar si in cercetarea stiinific la studiul propietatilor atomilor, moleculelor si gazelor ionizate. Se submpart in unde decimetrice, centimetrice si milimetrice. Se mai folosesc si in domeniu casnic.

3.Radiatia infrarosie Cuprinde domeniul de lungimi de unda situata intre 10^-3 si 7,810^-7m (310¹¹--410¹⁴Hz). In general sunt produse de corpurile incalzite. In ultimul timp s-au realizat instalatii electronice care emit unde infrarosii cu lungime de unda submilimetric.

4.Radiatia vizibila Este radiatia cu lungimea de unda cuprinsa intre aproximativ 7,610^-7m si 410¹⁴m.

5.Radiatia ultravioleta Lungimea de unda a acestei radiatii este cuprinsa in domeniul 3,810^-7m si 610^-10 m. Este generata de catre moleculele si atomii dintr-o descarcare electrica in gaze. Soarele este o sursa puternica de radiatii ultraviolete.

6.Radiatia X (sau Rngen). Aceste radiatii au fost descoperite in 1895 de fizicianul german W. Rngen. Ele sunt produse in tuburi speciale in care un fascicul de electroni accelerat cu ajutorul unei tensiuni electrice de ordinul zecilor de mii de voli , bombardeaza un electrod.

7.Radiatia Constitue regiunea superioara ( 310¹⁸ - 310²² Hz ) in clasificarea undelor electromagnetice in raport cu frecventa lor. Sunt produse de catre nucleele atomilor.

Principiul de functionare: Radiolocatia cu unde magnetice inseamna determinarea existentei si pozitiei a unui obiect pe baza caracteristicilor undelor electromagnetice. Pozitia obiectului este caracterizata in figura de mai jos:

a). Instalatie de radiolocatie E -- emitator

Instalatia de radiolocatie se compune, in esenta, dintr-un emitator, un receptor si un sistem de antene. Pentru a se putea stabili coordonatele unghiulare ale pozitiei obiectului, undele radio trebuie emise sub forma unor fascicule mai inguste. Pentru aceasta, antenna radiolocatorului se asaza in focarul unei oglinzi metalice concave, care reflecta undele intr-o singura directie. Emitatorul emite trenuri de unde separate prin pauze, functionand prin impulsuri. In timpul pauzelor de emisie, prin intermediu receptorului antena receptioneaza undele reflectate. Receptionarea semnalului se masoara cu oscilograful catodic.

b). Receptorul cuprinnde un oscilograf electronic drept indicator al existentei si pozitiei obiectului

Utilizari: in radiolocatie. Este folosita in navigare. Avioanele si vapoarele sunt dotate cu radiolocatoare, ca si aeroporturile care sunt prevazute cu acest echipament pentru a dirija traficu aerian, aterizarile si decolarile avioanelor deasemenea. Radiolocatia poate fi activa sau pasiva.

In natura Orientarea liliecilor, spre exemplu, se bazeaza pe faptul ca acestia emit semnale ultrasonore scurte de frecvente intre 30 - 60 kHz. Liliacul in zbor emite in medie cca. 30 semnale pe secunda. O parte din acestea sunt receptionate de urechile mari ale liliacului sub forma de semnale ecou, dupa un timp cu atat mai scurt cu cat obstacolul este mai aproape. Pe masura apropierii de obstacol liliacul emite din ce in ce mai multe semnale intr-o secunda ajungand ca de exemplu la un metru de obstacol sa emita pana la 60 semnale pe secunda. Aceasta permite liliacului sa simta precis pozitia sa fata de obstacole.

I.           Principii generale asupra dispozitivelor cu microunde

Energia microundelor a fost folosita in procesele industriale de foarte multi ani Folosirea acestora in locul surselor convetionale de caldura sa produs datorita mai multor avantaje cum ar fi :

incalzirea rapida in profunzime

economisire de energie si timp si imbunatatirea calitatii

In primii ani de studii a incalzirii prin microunde aceste avantaje au fost greu de justificat in raport cu pretul scazut al incalzirii cu ajutorul derivatiilor petrolului.

Toate acestea impreuna cu reticenta multor industrii de a schimba sistemele convectionale existente dar adesea eficiente si depasite cu sisteme cu sisteme bazate pe microunde a dus la o crestere lenta dar foarte bine documentata a acestei tehnologii.

Cele mai mari avantaje ale energiei microundelor asupra tehnologiei convetionale au fost bine precizate de catre Parkin (1979).

o mai eficienta uscare vizavi de perioada de uscare reducind costurile de productie

sistemul este mult mai compact decit sistemul conventional

energia este transferata intr-un mod mult mai curat (fara poluare)

se realizeaza afanarea materialului

absortia energiei in mod selectiv de catre constituentii cu pierderi ;acestora aplicinduse la uniformizarea materialelor fibroase

energia se disipa repede in vulumul materialului

evita uscarea excesiva

un cost relativ scazut al intretinerii

II.         Generatoare de microunde

Magnetronul este un oscilator de putere in microunde. El lucreaza in regim de purtatoare sau impuls. In radiatie continua poate debita puteri de microunde de ordinul 20KW cu randament de 80%,iar in regim de impuls puteri de megawati, intrucit putera de virf Pv si puterea medie Pm, corespunde raportului intre perioada de repetitie T si durata impulsului .Banda de frecvente de lucru este ingusta deoarece magnetronul utilizeaza cavitati rezonante ,incorporate intr-un anod metalic masiv de obicei din Cu. Intr anod si catod se aplica o tensiune continua de ordinul miilor de volti.

Datorita cavitatilor rezonante prevazute in anod, cimpul electromagnetic de microunde are la rezonanta intensitate mare , astfel incit in obtinerea puterii de microunde prin frinarea electronilor, contribuie atit interactiunea indelungata cimp electric electron, cit si intensitatea mare a cimpului electric. Interactiunea are loc in timp ce electronii se deplaseaza in jurul catodului, in spatiul anod-catod.

III.       Determinarea dimensiunii "l" pentru ca aplicatorul sa functioneze la frecventa de 2,45GHz

Pentru aceasta se foloseste urmatoarea formula:

F = (c_o/2√εμ) √(m/a)² + (n/b)² + (p/c)²

c_o = 3 10⁸ m/s

T_E450

l = 0,40 → f₄₅₀ = 3 10⁸/2 √(4/0,6)² + (5/0,40)² + 0

f₄₅₀ = 15 10⁷ √44,44 + 156,25 = 15 10⁷ 14,16

f₄₅₀ = 21,26 10⁸ MHz = 2,126 GHz

l = 0,45 → f₄₅₀ = 3 10⁸/2 √(4/0,6)² + (5/0,45)²

f₄₅₀ = 15 10⁷ √44,44 + 123,45 =

f₄₅₀ = 19,43 10⁸ MHz = 1,943GHz

T_E651

l = 0,40 → f₆₅₁ = 3 10⁸/2 √(6/0,6)² + (5/0,40)² + (1/0,7)²

f₆₅₁ = 15 10⁷ √100+ 154,25 + 2,04

f₆₅₁ = 24,10 10⁸ MHz = 2,410 GHz

l = 0,45 → f₆₅₁ = 3 10⁸/2 √(6/0,6)² + (5/0,45)² + (1/0,7)²

f₆₅₁ = 15 10⁷ √100 + 123,45 + 2,04

f₆₅₁ = 22,52 10⁸ MHz = 2,252 GHz

T_E646

l = 0,40 → f₆₄₆ = 3 10⁸/2 √(6/0,6)² + (4/0,40)² + (6/0,7)²

f₆₄₆ = 15 10⁷ √100 + 100 + 73,46

f₆₄₆ = 24,80 10⁸ MHz = 2,480 GHz

l = 0,45 → f₆₄₆ = 3 10⁸/2 √(6/0,6)² + (4/0,45)² + (6/0,7)²

f₆₄₆ = 15 10⁷ √100 + 79,01 + 73,46

f₆₄₆ = 23,83 10⁸ MHz = 2,383 GHz

T_E441

l = 0,40 → f₄₄₁ = 3 10⁸/2 √(4/0,6)² + (4/0,40)² + (1/0,7)²

f₄₄₁= 15 10⁷ √44,44 + 100 + 2,04

f₄₄₁ = 18,15 10⁸ MHz = 1,815 GHz

l = 0,45 → f₄₄₁ = 3 10⁸/2 √(4/0,6)² + (4/0,45)² + (1/0,7)²

f₄₄₁= 15 10⁷ √44,44 + 79,01 + 2,04

f₄₄₁ = 16,80 10⁸ MHz = 1,680 GHz

l = 0,39 T_E651 → f₆₅₁ = 3 10⁸/2 √(6/0,6)² + (5/0,39)² + (1/0,7)²

f₆₅₁ = 15 10⁷ √100+ 164,3+ 2,04

f₆₅₁ = 24,48 10⁸ MHz = 2,451 GHz

Pentru modul de propagare T_E651 se obtine f = 2,451GHz la o latime a ghidului de unda l = 0,39

Perioada de oscilatie

T_o = 1/f = 1/2,451 10⁹ = 0,408 10^-9

Lungimea de unda in aer

λ_o = c_o/f = 3 10⁸/2,451 10⁹ = 0,1224m = 12,24 cm

Intervalul de timp necesar ca spita electronica sa parcurga intervalul spatiul dintre 2 lamele anodice vecine

Δt = T_o/2 = 0,408 10^-9/2 = 0,204 10^-9 [s]

Viteza unghiulara de rotatie a spitei

Ω = 2π/nΔt unde N - numar de cavitati se alege itre 10-20 cavitati si sa fie un numar par

N = 8 Ω = 2π/8 0,204 10^-9 = Ω = 3,848 10⁹rot/sec = 230,88 rot/min

IV.      Proiectarea ganeratorului de microunde

Magnetronul este un element esential in generarea energiei de microunde , el transformind frecventa retelei de 50 Hz in inalta frecventa 2,451GHz . Este un tub vidat de geometrie cilindrica avind 2 electrizi anod si catod.

Anodul este realizat din cupru si consta din mai multe cavitati care formeaza circuite rezonante. Una din aceste cavitati contine o antena care permite extragerea energiei si transmiterea ei in exterior.

Catodul are in general forma elicoidala este realizat din wolfram se incalzeste pina la temperatura de 2000 [K] datorita aplicarii unei tensiuni cuprinse intre 5-10 V si in plus catodul este plasat la un potential negativde tensiune intre 6-10kV.

Aceste magnetroane pot functiona in regim continuu sau in impulsuri dind puteri de ordinul de zecilor de kw cu un randament de 70%.

Functionarea magnetronului se bazeaza pe transferul de energie pe care il realizeaza electronii inspatiul de interactiune.Electronii absorb energie de la sursa de tensiune anodica si o cedeaza prin intermediul cimpului electric de inalta frecventa cavitatilor rezonante.

Sub actiunea cimpului electric creat de tensiunea anodica si a cimpului magnetic creat de magnet sau electromagnet electronii se pun in miscare electronii se pun in miscare descriind traiectoria sub forma unor bucle succesive denumite cicloide.

Aceste ciclode sunt caracterizate printro viteza de translatie ,si o viteza de rotatie

Cind viteza de transfer si cea de rotatie sunt egale

Inelele sunt cicloide.

Electronii care se deplaseaza in sensul liniilor de cimp sunt frinati si cedeaza o parte din energia lor cinetica.

Electronii care se misca in sens contrar liniilor de cimp sunt accelerati si absorb energia de la cimpuri de inalta frecventa. Pentru ca energia cedata de electroni sa fie mai mare decit energia primita si magnetronul sa functioneze cu un randament bun trebuie ca pe o parte sa se mareasca numarul de electroni frinati iar pe de alta parte sa se micsoreze numarul de electroni accelerati. In afara de aceasta este necesar ca timpul necesar in care electronii utili adica cei frinati se deplaseaza de la o fanta la alta sa corespunda cu jumatate din perioada oscilatiilor de inalta frecventa, penru ca astfel sa se gaseasca in dreptul fiecarei fante tot un cimp frinat . Elecronii frinati descriu bucle mai largi raminind mai mult timp in spatiul de interactiune si trecind prin fata mai multor fante ei cedeaza o cantitate de energie mai mare cimpului.

Influenta hotaritoare asupra performantelor si asupra fiabilitatii magnetronului o are catodul datorita caracteristicii sale de emisie electronica emisie care emisie care se masoara in [A/cm²]. In cazul magnetronului eliberarea din metal a electronilor se produce prin emisie termoelectronica pe seama energiei termice furnizata de catodul incalzit fenomen puternic dependent de temperatura si de materialul catodului.

In magnetron doar o parte a caldurii catodului se produce datorita curentului de incalzire cealalta parte destul de insemata provine de la electronii de faza nefavorabila a caror energie cinetica se transforma in caldura prin bombardarea regresiva ciocnind neelastic catodul. La magnetroanele de tip radar adica acele magnetroane care functioneaza in impulsuri dupa o scurta perioada de incalzire circuitul de filament este dereglat si incalzirea este asigurata in continuare de bombardamentul electronilor de faza nefavorabila Pentru realizarea catozilor se utilizeaza sarma de wolfram toriat, timp de lucru pentru acesta este de 1900-1950[K]. Pentru wolfram toriat la temperatura de 1900[K] densitatea curentului de saturatie este de j_s=10[A/cm²]. Temperatura de topire a Wolframului este 3370[⁰C]. Cresterea temperaturii de lucru asigura o crestere rapida a emisiei dar cauzeaza in mod nedorit reducerea accentuata a duratei de viata a catodului.Alegand temperaturi de lucru mai joase scaderea emisiei poate fi compensata prin marirea suprafetei de emisie deci prin marirea dimensiunilor catodului.Catozii realizati din Wolfram toriat au o emisivitate de aproximativ 1000de ori mai mare decat cei realizati Wolfram pur la aceeasi temperatura de functionare.Activarea catozilor din Wolfram toriat se face in timpul vitarii magnetronului dupa care se tin timp de ore la o temperatura de 210[K] timp in care emisia electronica creste la valoarea nominala. La o crestere atemperaturi in intervalul 2400-2500[K] corespunde o crestere de 2,6 ori a emisiei eelectronice in timp ce viteza de evaporare este de 5,8 mai mare. Pentru dimensionarea catozilor cu incalzire directa se recomanda pentru alegerea emisiei electronice 90% din valoarea curentului de saturatie.

Proiectarea catodului

I_a = 0,7 [A]

J_c = 0,15 [A/cm²]

Suprafata emisiva a catodului:

Lungimea totala a spirei

Lungimea activa a catodului

L_c = N d + (N-1) p p = 2 - pasul infasurarii, N = 8

L_c = 8 1,2 + (8 - 1) 2 = 9,6 + 14 = 23,6 mm

Numarul de spire

Diametrul mediu al spirei

Diametrul catodului

D_c = D_m + d

D_c = 4,9 + 1,2 = 6,1 mm

Raza catodului     

r_c = D_c/2 = 6,1/2 = 3,06 mm

Raza catodului tinind cont de grosimea stratului emisiv de toriu

g' = 0,03mm

r_c' = r_e + g'

r_c' = 3,06 + 0,03 = 3,09 mm

Proiectarea anodului

Pentru determinarea dimensiunilor radiale a lamelelor se pleaca de la considerentul ca doua lamele vecine trebuie sa formeze o cavitate rezonanta asimilata din punct de vedere al repartitiei cimpului electromagnetic cu o linie bifilara cu dielectric vid scurtcircuitata la un capat si avind o lungime electrica λ₀/4 numita linie rezonantaun sfert de unda lungimea reala a cavitatii corespunzatoare rezonantei numita si lungime geometrica este mult mai mica decit sfertul de unda.

Calculul anodului

Lungimea reala a cavitatii corespunzatoare rezonante(lungimea geometrica)

grosimea reala a cavitatii anodice g₁ = 2mm

distanta dintre doua lamele vecine g₂ = 0,9mm

Perimetrul cavitatii anodice:

P₁ = N (g₁+ g₂ ) = 8 (2 + 0,9) = 23,2mm

se considera raportul ra/ r_c' = 2

raza anodului r_a = 2 r_c' = 2 3,06 = 6,12mm

raza mare a cilindrului anodic R_a = l + r_a

R_a = 15,3 + 6,12 = 21,42 mm

Diametrul anodului

D_a = 2 R_a = 2 21,42 = 42,84mm

raza medie

viteza ciclotronica

Valoarea de propagare a tensiunii anodice

Tensiunea anodica critica

Tensiunea anodica de sincronizare

Randamentul electronic estimat

Puterea de iesire a generatorului

P_i = U_a I_a      ; P_i = 5,86 ∙ 0,7 ∙ 10³ = 4,10 ∙ 10³ W = 4,1 kW

Calculul puterii filamentului

Rezistenta filamentului

Uf = 3,3V

IV.      3.Proiectarea circuitelor de iesire

La frcventa de microunde energia electromagnetica este dirijata dintr-un loc in altul cu ajutorul cablului cu axialsau ghidurilor de unda.

Circuitul de iesire are rolul de a transfera enrergia de foarte inalta frecventa generata de tub circuitului de sarcina.

De exemplu pentru frecventa de 2,45 GHz domeniile pentru ghidul de unda din aluminiu sunt: a = 9,525 [cm] = 95,25 10^-3mm

b = 5,461 [cm] = 54,61 10^-3mm

In punctul de utilizare energia este furnizata intr-o incinta metalica cum ar fi cea a unui cuptor. Indiferent de solutia aleasa iesirea trebuie sa asigure transformarea impedantei de sarcina la nivelul dorit in interiorul tubului de asemenea trebuie sa etansare la vid si transmiterea puterii generate de magnetron . Constructiv circuitul de iesire consta dintr-un conductor tip banda care la capatul interior are o bucla sau banda de cuplaj cu rezonatorul iar la capatul de iesire se conecteaza la capacelul metalic de etansare si la un izolator cilindric dintr-un material transparent la microunde care reprezinta asa numita fereastra.

Pentru a dimensiona circuitul de iesire se porneste de la lungimea de unda a oscilatiilor emise de magnetron si de la putera acestuia.

Pt f = 2,456 GHz a = 0,9525

b = 0,5461

Lungimea conductorului care constitue circuitul de iesire

Frecventa critica in ghidul de unda

Impedanta de unda a spatiului liber

Impedanta de unda a ghidului

Putera corespunzatoare intensitatii cimpului electric de strapungere

Puterea admisibila din ghidul de unda

Adincimea de patrundere

Valoarea cimpului electric E

Rezistenta superficiala

Constanta de atenuare

Puterea pierduta in circuitul de iesire pe unitatea de lungime

Pentru lungimea circuitului de iesire

l = 0,2448; Pp = 5,147 0,2448 = 1,26W

Puterea la iesirea circuitului

P_iesire = P_tr - P_p = 2800 - 1,26 = 2798,74W

Randamentul circuitului de iesire

4.Proiectarea circuitului magnetic

La magnetroanele de putere mica cimpul magnetic este produs cu ajutorul magnetilor permanenti, iar reglajul curentului anodic se face prin variatia tensiunii anodice.

La magnetroanele de putere mare cimpul magnetic se realizeaza prin utilizarea electromagnetilor, iar reglarea curentului anodic se asigura prin variatia curentului electromagnetului.

Circuitul magnetic trebuie sa se caracterizeze prin greutate redusa printr-o stabilitate a valorii inductiei magnetice in interiorul magnetronului si printro configuratie corespunzatoare asigurarii unei unei functionari eficiente.

Utilizare electromagnetilor se impune si in etapa de incercare a magnetroanelor noi pentru determinarea valorilor optime ale tensiunii anodice si ale inductiei magnetice.

Tipurile noi de magnetroane au o constructie mai simpla a circuitului magnetic la aceste tipuri polii magnetici sunt reprezentati de piesele de inchidere ale blocului anodic .

Pentru a asigura stabilitatea curentului magnetic in timpul functionarii magnetronului se actioneaza asupra tensiunii anodice sau asupra curentului din infasurarea electromagnetului.

In mod normal magnetronul trebuie sa fie prevazut cu cel putin unul din sistemele de protectie urmatoare:

protectie termica care trebuie sa asigure intreruperea functionarii magnetronului cind temperatura acestuia depaseste valoarea prescrisa aceasta se realizeaza prin utilizarea de limitatoare de temperatura care controleaza temperatura blocului anodic sau temperatura apei de racire.

Protectie la depasirea valorii nominale a curentului anodic aceasta se asigura prin utilizarea unui releu maximal de curent montat in circuitul anodic al magnetronului.Cresterea valorii curentului anodic poate fi cauzata fie de modificarea brusca a impedantei de sarcina fie de reducerea vidului a magnetronului.

Protectie impotriva energiei reflectate aceasta se realizeaza printrun sistem de detectare a puterii reflectate sistem care actioneaza fie pentru micsorarea puterii de iesire fie pentru deconectarea alimentarii magnetronului.

Protectie impotriva functionarii fara sarcina in cavitatea rezonanta, acaeasta se realizeaza cu ajutorul unui sistem de detectare a prezentei sarcinii sistem care actioneaza pentru deconectarea alimentarii magnetronului.

Concluzii

Procesele electromagnetice care au loc care au loc in magnetron in special in spatiul de interactiune catod-anod depinde de parametrii geometrici ai blocului catodic si anodic.

Coaxialitatea catodului cu cavitatea cilindrca interioara a anodului reprezinta o necesitate pentru functionarea corecta a magnetronului

Itinerariul de proiectare si dimensionare a elementelor principale ale magnetronului poate fi redat si sub forma de algoritm putindu-se adopta la proiectarea asistata pe calculator.

Schema electrica