Magnetron Microwave: 5 Fakta Singkat Lengkap

Poin Diskusi: Magnetron Microwave

Pengantar Microwave Magnetik | Apa itu Magnetron?

Magnetron adalah sejenis Microwave Tube. Sebelum membahas magnetron dan topik terkait, mari kita cari tahu beberapa definisi dasar.

Tabung Microwave: Tabung gelombang mikro adalah alat yang menghasilkan gelombang mikro. Mereka adalah senjata elektron yang menghasilkan tabung sinar linier.

Sekarang, definisi Magnetron diberikan sebagai -

magnetron: Magnetron adalah sejenis tabung vakum yang menghasilkan sinyal rentang frekuensi gelombang mikro, dengan bantuan interaksi medan magnet dan berkas elektron.

Tabung magnetron mengkonsumsi daya tinggi, dan frekuensinya tergantung pada dimensi fisik rongga tabung. Ada perbedaan utama antara Magnetron dan jenis Tabung Microwave lainnya. Magnetron hanya berfungsi sebagai Osilator tetapi bukan penguat, tetapi sebagai Klystron (Tabung Microwave) dapat bekerja sebagai penguat dan sebagai Osilator.

Microwave Magnetron
Microwave Magnetron yang khas, Kredit Gambar: Halaman Buruh Rumah HCRS, Magnetron 1CC BY-SA 2.0 DI

Sejarah Singkat Magnetron Microwave

Siemens Corporation mengembangkan magnetron pertama pada tahun 1910 dengan bimbingan dari ilmuwan Hans Gerdien. Fisikawan Swiss Heinrich Greinacher menemukan ide gerakan elektron di medan magnet dan listrik yang bersilangan dari eksperimennya yang gagal dalam menghitung massa elektron. Ia mengembangkan model matematika sekitar tahun 1912.

Di Amerika Serikat, Albert Hull mulai bekerja untuk mengontrol gerakan elektron menggunakan medan magnet daripada menggunakan medan elektrostatis konvensional. Eksperimen itu dimulai untuk melewati paten 'triode' dari Western's Electric.

Hull mengembangkan perangkat yang hampir seperti Magnetron, tetapi tidak ada niat untuk menghasilkan sinyal frekuensi gelombang mikro. Fisikawan Ceko August Žáček dan fisikawan Jerman Erich Habann secara independen menemukan bahwa Magnetron dapat menghasilkan sinyal yang memiliki frekuensi jangkauan gelombang mikro.

Penemuan dan peningkatan popularitas RADAR meningkatkan permintaan akan perangkat yang dapat menghasilkan gelombang mikro pada panjang gelombang yang lebih pendek.

Pada tahun 1940, Sir John Randall dan Harry Boot dari Universitas Birmingham mengembangkan prototipe kerja magnetron rongga. Pada awalnya, perangkat tersebut menghasilkan daya sekitar 400 Watt. Pengembangan lebih lanjut seperti pendingin air dan beberapa peningkatan lainnya menaikkan daya yang dihasilkan dari 400 W menjadi 1 kW dan kemudian hingga 25 kW.

Ada masalah terkait ketidakstabilan frekuensi di magnetron yang dikembangkan oleh ilmuwan Inggris. Pada tahun 1941, James Sayers memecahkan masalah itu.

Microwave Magnetron
Rongga magnetron yang dikembangkan oleh Sir John Randall dan Harry Boot dari University of Birmingham, Magnetron Microwave, Kredit Gambar: Kipas ElektrikMagnetron R&BCC BY-SA 4.0

Aplikasi Magnetron

Magnetron adalah perangkat yang bermanfaat, memiliki beberapa aplikasi di berbagai bidang. Mari kita bahas beberapa di antaranya.

  • Magnetron di Radar: Penggunaan Magnetron untuk Radar digunakan untuk menghasilkan pulsa pendek frekuensi gelombang mikro berdaya tinggi. Waveguide magnetron terpasang dengan antena apa pun di dalam Radar.
    • Ada beberapa faktor Magnetron yang menyebabkan kompleksitas Radar. Salah satunya adalah masalah ketidakstabilan frekuensi. Faktor ini menimbulkan masalah pergeseran frekuensi.
    • Karakteristik kedua adalah magnetron menghasilkan sinyal dengan kekuatan bandwidth yang lebih luas. Jadi, penerima harus memiliki bandwidth yang lebih luas untuk menerimanya. Sekarang, dengan bandwidth yang lebih lebar, penerima juga menerima semacam noise yang tidak diinginkan.
Microwave Magnetron
Radar komersial awal untuk bandara, Magnetron Microwave, Gambar oleh: Penulis tidak diketahui Penulis tidak diketahui, Perakitan radar magnetron 1947, ditandai sebagai domain publik, detail lebih lanjut tentang Wikimedia Commons
  • Pemanasan Magnetron | Oven Microwave Magnetron: Magnetron digunakan untuk menghasilkan gelombang mikro yang selanjutnya digunakan untuk pemanasan. Di dalam oven microwave, pada awalnya, magnetron menghasilkan sinyal gelombang mikro. Kemudian, pandu gelombang mengirimkan sinyal ke port transparan RF ke dalam ruang makanan. Ruang adalah dimensi tetap, dan juga dekat dengan magnetron. Itulah sebabnya pola gelombang berdiri diacak oleh motor yang berputar, yang memutar makanan di dalam ruangan.
Microwave Magnetron
Oven Microwave, aplikasi Magnetron Microwave, Kredit Gambar: Pengunggah asli adalah 吉恩. at Wikipedia bahasa Mandarin., WeiboluCC BY-SA 3.0
  • Pencahayaan Magnetron: Ada banyak perangkat yang tersedia yang menyala menggunakan eksitasi Magnetron. Perangkat seperti lampu belerang adalah contoh utama dari cahaya tersebut. Di dalam perangkat, magnetron menghasilkan medan gelombang mikro, yang dilakukan oleh pandu gelombang. Kemudian sinyal dilewatkan melalui rongga pemancar cahaya. Jenis perangkat ini rumit. Saat ini, mereka tidak digunakan sebagai pengganti elemen yang lebih dangkal seperti Gallium Nitride (GaN), atau HEMT digunakan.

Konstruksi Magnetron

Pada bagian ini, kita akan membahas konstruksi fisik dan komponen Magnetron.

Magnetron dikelompokkan sebagai dioda saat dipasang di jaringan. Anoda magnetron diatur menjadi balok berbentuk silinder yang terbuat dari tembaga. Ada filamen dengan kabel filamen dan katoda di tengah tabung — kabel filamen membantu menjaga katoda dan filamen menempel di tengahnya. Katoda terbuat dari bahan beremisi tinggi, dan dipanaskan untuk pengoperasiannya.

Microwave Magnetron
Magnetron dengan bagian-bagiannya, Magnetron Microwave, Kredit Gambar: Halaman Buruh Rumah HCRS, Magnetron 2CC BY-SA 2.0 DI

Tabung tersebut memiliki 8 sampai 20 rongga resonan yang merupakan lubang silinder di sekelilingnya. Struktur internal dibagi menjadi beberapa bagian: jumlah rongga yang ada di dalam tabung. Pembagian tabung dilakukan dengan celah sempit yang menghubungkan rongga ke tengah.

Setiap rongga berfungsi seperti a sirkuit resonansi paralel dimana dinding jauh dari blok tembaga anoda bekerja sebagai induktor. Wilayah ujung baling-baling dianggap sebagai kapasitor. Sekarang, frekuensi resonansi rangkaian tergantung pada dimensi fisik rangkaian resonator.  

Terbukti bahwa jika rongga resonan mulai berosilasi, rongga resonan lainnya akan menggairahkan dan rongga tersebut juga mulai berosilasi. Tetapi ada satu sifat yang diikuti oleh setiap rongga. Jika rongga mulai berosilasi, rongga berikutnya mulai berosilasi dengan penundaan fase 180 derajat. Ini berlaku untuk setiap rongga. Sekarang, rangkaian osilasi menciptakan struktur gelombang lambat yang berdiri sendiri. Itulah mengapa jenis konstruksi Magnetron ini juga dikenal sebagai “Multi-Cavity Travelling Wave Magnetron”.

Microwave Magnetron
Katoda pusat di tengah microwave magnetron, Kredit Gambar: Pingu Apakah SumeriaBagian magnetron melintang ke sumbuCC BY-SA 3.0

Katoda memasok elektron yang diperlukan untuk mekanisme transfer energi. Seperti disebutkan sebelumnya, katoda berada di tengah tabung, selanjutnya diatur oleh kabel filamen. Ada ruang terbuka tertentu antara katoda dan anoda yang perlu dipertahankan; jika tidak, ini akan menyebabkan kerusakan pada perangkat.

Ada empat jenis susunan rongga yang tersedia. Mereka -

  • Jenis slot
  • Tipe baling-baling
  • Jenis Matahari Terbit
  • Jenis lubang dan slot

Pengoperasian Microwave Magnetron

Magnetron berada di bawah beberapa fase untuk menghasilkan sinyal rentang frekuensi gelombang mikro. Tahapannya tercantum di bawah ini.

Meskipun nama fase cukup indikatif untuk memungkinkan kita membahas insiden, yang terjadi di setiap fase.

Fase 1: Pembangkitan dan percepatan Berkas Elektron

Katoda di dalam rongga memiliki polaritas negatif dari tegangan. Anoda disimpan dalam arah radial dari katoda. Pemanasan katoda tidak langsung menyebabkan aliran elektron menuju anoda. Pada saat pembangkitan, tidak ada medan magnet di dalam rongga. Tetapi setelah pembentukan elektron, medan magnet yang lemah membelokkan jalur elektron. Jalur elektron mendapat tikungan tajam jika kekuatan medan magnet semakin meningkat. Sekarang, jika kecepatan elektron bertambah, lengkungan menjadi lebih tajam lagi.

Tahap 2: Kontrol kecepatan dan perubahan berkas Elektron

Fase ini terjadi di dalam bidang ac rongga. Bidang AC terletak dari segmen anoda yang berdekatan ke wilayah katoda. Bidang ini mempercepat aliran berkas elektron, yang mengalir menuju segmen anoda. Elektron yang mengalir menuju segmen akan melambat.

Fase 3: Pembangkitan "Roda Pengisian Ruang Angkasa"

Aliran elektron dalam dua arah berbeda dengan kecepatan terpisah menyebabkan gerakan yang disebut "roda muatan ruang". Ini membantu meningkatkan konsentrasi elektron, yang selanjutnya memberikan daya yang cukup untuk osilasi frekuensi radio.

Fase 4: Transformasi energi

Sekarang, setelah pembentukan berkas elektron dan percepatannya, medan memperoleh energi. Elektron juga mengeluarkan sebagian energi ke medan. Saat bepergian dari elektron katoda mengeluarkan energi di setiap rongga yang dilewatinya. Kehilangan energi menyebabkan penurunan kecepatan dan akhirnya perlambatan. Sekarang, ini terjadi berkali-kali. Energi yang dilepaskan digunakan secara efisien, dan efisiensi mencapai hingga 80%.

Kekhawatiran Terkait Kesehatan dari Magnetron Microwave

Sebuah gelombang mikro magnetron menghasilkan sinyal gelombang mikro yang dapat menyebabkan masalah pada tubuh manusia. Beberapa magnetron terdiri dari thorium dalam filamennya, yang merupakan unsur radioaktif dan tidak baik untuk manusia. Elemen seperti berilium oksida dan isolator yang terbuat dari keramik juga berbahaya jika dihancurkan dan dihirup. Hal ini dapat mempengaruhi paru-paru.

Ada juga kemungkinan kerusakan dari oven microwave magnetron yang terlalu panas. Magnetron membutuhkan tinggi daya tegangan persediaan. Jadi, ada kemungkinan bahaya listrik juga.

Gulir ke Atas