Magnétron

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Un magnétron est un dispositif qui transforme l'énergie électrique en énergie électromagnétique, sous forme de micro-onde.

Il a été développé à la fin des années 30, notamment par l'équipe de Maurice Ponte à la CSF pour fournir au radar naissant une source radio-électrique puissante (plusieurs centaines de watts) et de longueur d'onde centimétrique, donc des fréquences élevées pour l'époque de 300 MHz à 3 GHz (ondes décimétriques) et au-delà de 3 GHz (ondes centimétriques).

Les oscillateurs à tubes utilisés auparavant étaient incapables de fournir de telles puissances (d'où une portée insuffisante des radars), à ces fréquences élevées (d'où une discrimination angulaire faible).

De plus, l'usage des ondes centimétriques a permis la réduction de la taille des antennes et ainsi la construction de radars embarqués dans les bateaux d'abord puis les avions. Le Normandie sera ainsi le premier paquebot équipé d'un radar principalement pour détecter les icebergs.

Les progrès technologiques apportés au magnétron (cavités) ont fourni aux alliés une avance technologique qui a joué un rôle prépondérant dans l'issue de la Seconde Guerre mondiale.
Le magnétron est un tube à vide sans grille, avec une cathode centrale, chauffée par un filament, et une anode massique et concentrique dans laquelle sont creusées plusieurs cavités résonnantes. Un champ magnétique axial, généralement créé par deux aimants permanents à chaque extrémité du tube. Le parcours en spirale (du fait du champ magnétique) des électrons se fait à une fréquence accordée aux cavités résonnantes.
Le magnétron étant auto-oscillant, il permet des montages simples, comme dans les fours à micro-ondes.

Les puissances disponibles sont de l'ordre de quelques kW en continu (des MW crête) à 3 GHz et de centaines de Watt (des centaines de kW crête) à 10 GHz. Des magnétrons sont disponibles jusqu'à 35 GHz (bande Ka). Pour obtenir ces puissances une tension de plusieurs milliers de Volt est nécessaire.

Par contre, les caractéristiques de l'onde produite (phase notamment) sont difficilement maîtrisables ce qui a longtemps limité son emploi. L'introduction du verrouillage par injection a permis une grande avancée dans ce domaine. Il est ainsi devenu possible d'étendre l'utilisation du magnétron, nettement moins onéreux que les autres dispositifs hyperfréquences.

De nos jours, le magnétron a deux usages principaux :

• Le radar où il est concurrencé par le klystron, le carcinotron, le TOP (tube à ondes progressives) et désormais les semi-conducteurs.
• Le four à micro-ondes. D'après la petite histoire, c'est un technicien radar ayant constaté que sa « gamelle » posée à côté de l'antenne émettrice était chaude, qui est à l'origine de l'invention du four à micro-ondes. On cite également les pigeons qui tombaient cuits après être passés à proximité des antennes des premiers radars anglais.