magnetron
Tubo termoelettronico di forma e di funzionamento particolari, ideato, nella sua forma originaria, da A.W. Hull (1921) e usato come generatore e amplificatore di microonde. Si tratta di un diodo termoelettronico (con anodo di forma cilindrica e catodo disposto sull’asse del cilindro anodico) nel quale il flusso degli elettroni dal catodo all’anodo è regolato, oltre che dalla differenza di potenziale elettrico applicata tra anodo e catodo, anche dal campo magnetico, generato da un elettromagnete o da un magnete permanente esterno, le cui linee di forza sono parallele all’asse del cilindro anodico.
Le traiettorie degli elettroni emessi dal filamento, che in assenza di campo magnetico e sotto l’azione del solo campo elettrico anodo-catodo sarebbero rettilinee e dirette radialmente dal catodo b verso l’anodo a (fig. 1A), s’incurvano sotto l’azione del campo magnetico (fig. 1B); quanto più quest’ultimo è intenso tanto maggiore è la loro curvatura, fino a che, per un certo valore del campo magnetico (valore critico), gli elettroni non riescono a raggiungere l’anodo e ricadono sul catodo dopo aver descritto una traiettoria quasi circolare che sfiora l’anodo (traiettoria critica; fig. 1C). È sufficiente aumentare inizialmente l’intensità del campo magnetico da un valore di poco inferiore al valore critico sino a un valore di poco superiore, perché in un opportuno circuito oscillante (un risonatore a cavità o a linee) connesso tra anodo e catodo insorgano delle oscillazioni elettriche persistenti. È da notare che il periodo delle oscillazioni generate da un m. coincide all’incirca con il tempo impiegato dagli elettroni a percorrere la traiettoria critica, e dipende pertanto essenzialmente dalle caratteristiche geometriche dello spazio anodo-catodo; il m. è un generatore a sintonia quasi fissa e il circuito oscillante esterno va regolato all’accordo ai fini di un buon trasferimento di energia.
In un altro tipo di m., più moderno e di più alto rendimento, il circuito oscillante anodico è incorporato nell’anodo stesso: questo risulta costituito da un blocco massiccio nel quale sono ricavate una serie di cavità cilindriche, aperte verso il catodo, le quali funzionano da circuiti risonanti (m. a cavità), accelerando o frenando gli elettroni che transitano davanti alla loro imboccatura e scambiando quindi energia con essi; il trasferimento di energia all’esterno è ottenuto induttivamente, mediante una spira d’accoppiamento, ovvero mediante una guida d’onda, che penetra nell’interno di una delle cavità.
I m., la cui realizzazione ebbe una decisiva influenza nello sviluppo del radar durante la Seconda guerra mondiale, sono attualmente impiegati sia in regime continuo (potenza di qualche kW) sia, nei radar, in regime impulsivo (potenza di picco di qualche MW; fig. 2).