www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Basics

Historický přehled vývoje magnetronu

Obr. 1: Model anody magnetronu A. Hulla

Obr. 1: Model anody magnetronu A. Hulla

Obr. 2: Model štěrbinového magnetronu E. Habanna

Obr. 2: Model štěrbinového magnetronu E. Habanna

Obr. 3: Model vícekomorového magnetronu patentovaného H. Hollmannem

Obr. 3: Model vícekomorového magnetronu patentovaného H. Hollmannem

Obr. 4: Model vícekomorového magnetronu sestrojený J. Randallem a H. Bootem

Obr. 4: Model vícekomorového magnetronu sestrojený J. Randallem a H. Bootem

Historický přehled vývoje magnetronu

1912 Švýcarský fyzik Heinrich Greinacher se pokusil použít diodovou trubici s válcově symetrickým uspořádáním anody pod osově rovnoběžným magnetickým polem k měření poměru náboje elektronu k jeho hmotnosti. Praktický pokus se nezdařil kvůli nedostatečnému vakuu v trubici a následnému nedostatečnému úniku elektronů z katody. Greinacher poskytl základní matematický popis změn pohybu elektronů pod vlivem magnetického pole.

1921 Albert W. Hull ze společnosti General Electric Company se ujal tohoto experimentálního uspořádání a zkoumal pohyb elektronů pod vlivem homogenního axiálního magnetického pole. Všiml si možnosti řídit tok elektronů k anodě změnou magnetického pole.

Hull chtěl pro svou společnost vyvinout magneticky řízené relé nebo zesilovač, který by konkuroval elektronkovým zesilovačům (triodám) společnosti Western Electric Company. Zmínil také možnost generování vysokofrekvenčních oscilací. Svůj vynález nazval „Magnetron“.

1924 Nezávisle na sobě vyvinuli magnetrony pro generování vysokofrekvenčních oscilací Erich Habann v Jeně (Německo) a Napsal August Zázek v Praze (Česká republika). Haban formuloval podmínky, za kterých může paralelně s rezonátory vzniknout záporný odpor, který kompenzuje jejich tlumení a vytváří netlumené kmitání. Na rozdíl od Hulla používal konstantní magnetické pole, jak je dnes běžné při provozu magnetronu. Jeho magnetron používal štěrbinovou anodu a dokázal generovat oscilace kolem 100 MHz. Zázkova anoda byla již vyrobena z jednoho bloku a mohla generovat frekvence až 1 GHz.

1929 Průlom přinesla generace magnetronů v centimetrovém vlnovém rozsahu Kinjira Okabeho z univerzity Tohoku v japonském Sendai. Jeho magnetron pracoval na frekvenci 5,35 GHz.

1935 Hans Erich Hollmann dále rozvíjel štěrbinový magnetron a 27. listopadu 1935 si nechal patentovat magnetron s vícenásobnými rezonátory. Tento patent byl udělen také v Americe jako US Patent 2 123 728 dne 12. července 1938 - dlouho před prací Johna Randalla a Henryho Boota v únoru 1940.

1940 Vícekamerový magnetron, který vyvinuli dva inženýři z Birminghamské univerzity John Randall a Henry Boot, byl přesto milníkem, který od roku 1940 zvrátil průběh války ponorek proti Německu. Jednoduše postavili magnetron s více než čtyřmi rezonátory, aby zefektivnili generování vysokých frekvencí, a přidali vodní chlazení anodového bloku, aby dosáhli vyššího výkonu. Tento magnetron byl použit k sériové výrobě lehkého radarového vysílače, který umožňoval impulsní výkon 15 kW při frekvenci 3 GHz. Tímto radarem byly vybaveny bombardéry B-17.

Tento malý, ale výkonný radar umožnil lokalizovat a zasáhnout ponorky, které se musely pod rouškou noci vynořit, aby si dobily baterie. Protože zisk antény je úměrný přenosové frekvenci, umožnila tato vysoká frekvence vytvořit velmi účinnou anténu s velmi dobrou přesností (rovněž nepřímo úměrnou přenosové frekvenci) a rozlišovací schopností při úhlovém měření.

Výsledky výzkumu Henryho Guttona týkající se použití katod z oxidu barnatého ve víceslotovém magnetronu přivezl do Anglie Maurice Ponte ze Všeobecné společnosti pro bezdrátovou telegrafii krátce před okupací Francie. Tam byly začleněny do probíhajícího vývoje Randalla a Boota. Katody z oxidu barnatého mají nižší teplotu než wolframové katody se srovnatelnou emisí elektronů, a proto magnetrony vydržely mnohem déle.

Henry Tizard vedl delegaci, která během bitvy o Británii přivezla do Spojených států amerických všechny dosud dostupné výsledky výzkumu. Tam byla zahájena sériová výroba magnetronových trubic pro válečné použití.

1941Severoirský fyzik James Sayers vyvinul magnetron se zkratovacími kroužky.

1942 V německých radarových soupravách se v současnosti dávala přednost klystronům před magnetrony, protože měly mnohem lepší frekvenční stálost. Teprve na konci druhé světové války byly na základě analýzy ukořistěných zařízení rozpoznány výhody mikrovlnného rozsahu, který bylo možné ovládat magnetrony, zejména proto, že v té době neexistovala možnost tato zařízení rušit. Na průmyslovou realizaci výsledků však již bylo pozdě.
Ref.: Forschung, Rüstung und Krieg, autor: Christopher Schumacher