www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Grondbeginselen

Historisch overzicht van de ontwikkeling van de magnetron

Fig. 1: Model van de anode van de magnetron van A. Hull

Fig. 1: Model van de anode van de magnetron van A. Hull

Fig. 2: Model van de sleufmagnetron van E. Habann

Fig. 2: Model van de sleufmagnetron van E. Habann

Fig. 3: Model van de door H. Hollmann gepatenteerde meerkamer-magnetron

Fig. 3: Model van de door H. Hollmann gepatenteerde meerkamer-magnetron

Fig. 4: Model van de meerkamer-magnetron gebouwd door J. Randall en H. Boot

Fig. 4: Model van de meerkamer-magnetron gebouwd door J. Randall en H. Boot

Historisch overzicht van de ontwikkeling van de magnetron

1912 De Zwitserse fysicus Heinrich Greinacher probeerde met een diodebuis met een cilindrisch symmetrische opstelling van de anode onder een asparallel magnetisch veld de verhouding tussen de lading van het elektron en zijn massa te meten. Het praktische experiment mislukte door een gebrek aan vacuüm in de buis en daardoor onvoldoende elektronenlekkage uit de kathode. Greinacher gaf een fundamentele wiskundige beschrijving van de veranderingen in de elektronenbeweging onder invloed van het magnetisch veld.

1921Albert W. Hull van de General Electric Company nam deze experimentele opstelling over en onderzocht de beweging van elektronen onder invloed van een homogeen axiaal magnetisch veld. Hij zag de mogelijkheid om de elektronenstroom naar de anode te regelen door het magnetisch veld te variëren.

Hull wilde voor zijn bedrijf een magnetisch gestuurd relais of versterker ontwikkelen om te concurreren met de versterkerbuizen (triodes) van Western Electric Company. Hij verwees ook naar de mogelijkheid om hoogfrequente oscillaties te genereren. Hij noemde zijn uitvinding de „Magnetron“.

1924 Onafhankelijk van elkaar werden magnetrons voor het genereren van hoogfrequente oscillaties ontwikkeld door Erich Habann in Jena (Duitsland) en Napsal August Zázek in Praag (Tsjechië). Haban formuleerde de voorwaarden waaronder een negatieve weerstand parallel aan de resonatoren kan ontstaan om hun demping te compenseren en een ongedempte oscillatie te genereren. In tegenstelling tot Hull gebruikte hij een constant magnetisch veld, zoals tegenwoordig gebruikelijk is bij de werking van een magnetron. Zijn magnetron gebruikte een gegroefde anode en kon oscillaties rond de 100 MHz produceren. De anode van Zázek was al uit één blok gemaakt en kon frequenties tot 1 GHz genereren.

1929De doorbraak kwam met een generatie magnetrons in het centimetergolfgebied door Kinjiro Okabe van de Tohoku Universiteit in Sendai, Japan. Zijn magnetron werkte op een frequentie van 5,35 GHz.

1935Hans Erich Hollmann ontwikkelde de sleufmagnetron verder en formuleerde op 27 november 1935 een octrooi voor een magnetron met meerdere resonatoren. Dit octrooi werd ook in Amerika verleend als US Patent 2.123.728 op 12 juli 1938 - lang vóór het werk van John Randall en Henry Boot in februari 1940.

1940 Desondanks was de magnetron met meerdere kamers, ontwikkeld door twee ingenieurs van de Universiteit van Birmingham, John Randall en Henry Boot, een mijlpaal die het tij keerde in de U-bootoorlog tegen Duitsland vanaf 1940. Zij bouwden eenvoudigweg een magnetron met meer dan de vier resonatoren om de generatie van hoge frequenties effectiever te maken, en voorzagen het anodeblok van waterkoeling om hogere vermogens te bereiken. Deze magnetron werd gebruikt voor de massaproductie van een lichtgewicht radarzender met een pulsvermogen van 15 kW bij een frequentie van 3 GHz. De B-17 bommenwerpers waren uitgerust met deze radar.

Deze kleine maar krachtige radar maakte het mogelijk de onderzeeërs te lokaliseren en aan te vallen die 's nachts aan de oppervlakte kwamen om hun batterijen op te laden. Aangezien de antenneversterking evenredig is met de transmissiefrequentie, maakte deze hoge frequentie een zeer effectieve antenne met een zeer goede nauwkeurigheid (ook omgekeerd evenredig met de transmissiefrequentie) mogelijk, evenals het resolutievermogen bij hoekmetingen..

De onderzoeksresultaten van Henry Gutton over het gebruik van bariumoxidekathoden in een magnetron met meerdere sleuven werden kort voor de bezetting van Frankrijk naar Engeland gebracht door Maurice Ponte van de General Society for Wireless Telegraphy. Daar werden ze opgenomen in de lopende ontwikkeling van Randall en Boot. Bariumoxidekathoden hebben een lagere temperatuur dan wolfraamkathoden met een vergelijkbare elektronenemissie, waardoor de magnetrons veel langer meegingen.

Henry Tizard leidde een delegatie die alle eerder beschikbare onderzoeksresultaten naar de Verenigde Staten bracht tijdens de Battle of Britain. Daar werd begonnen met de massaproductie van magnetronbuizen voor gebruik in oorlogstijd.

1941 De Noord-Ierse fysicus James Sayers ontwikkelde een magnetron met kortsluitringen.

1942 In Duitse radarsets kregen klystrons tegenwoordig de voorkeur boven magnetrons, omdat ze een veel betere frequentieconstante hadden. Pas aan het einde van de Tweede Wereldoorlog werden de voordelen van het microgolfbereik, dat door magnetrons kon worden gestuurd, erkend door analyse van buitgemaakte apparaten, vooral omdat er toen geen mogelijkheid was om deze apparaten te storen. Het was echter al te laat voor een industriële toepassing van de bevindingen.
Ref.: Forschung, Rüstung und Krieg. door Christopher Schumacher