Beschreibung

Beschreibung Mikrowellenkanone

A-Sicherheit:

ACHTUNG wichtiger Hinweis:

Dieses Projekt ist hochgradig gefährlich da hier mit sehr hohen Spannungen bei gleichzeitig hohen Strömen gearbeitet wird. Alleine die Spannungsversorgung ist daher bei Berührung garantiert tödlich.
Außerdem verursacht Mikrowellenstrahlung innere Verbrennungen die man zunächst nicht spürt; erst wenn es schon zu spät ist. Starten Sie dieses Projekt keinesfalls, wenn Ihnen der Umgang mit Hochspannung und HF Strahlung nicht vertraut ist !!! Diese Warnung ist ERNST gemeint !!!
Der Nachbau geschieht auf EIGENES RISIKO.

B-Beschaffung der Komponenten:

Durch die Tatsache dass man in Discountern einfache Mikrowellenherde bereits für ca. 50 Euronen erstehen kann, hat man als DIY einfach und günstig Zugriff auf Komponenten, die normalerweise Militärs vorbehalten sind. Mit diesen Komponenten lassen sich Geräte bauen, die durchweg in die Kategorie "Verheerendes" fallen. So auch dieser Apparat, die durchaus nützliche und beliebte "Mikrowellenkanone".

Was wir aus dem Mikrowellenherd ausschlachten:

-Hochspannungstrafo
-Hochspannungskondensator
-Hochspannungsdiode
-Magnetron
-Netzkabel

Den Rest können wir umweltfreundlich dem Wertstoffkreislauf zufügen oder, noch cleverer, den Mikrowellenherd gleich umtauschen: "Das Ding funktioniert ja gar nicht...."

C-Beschreibung der Komponenten:

Hochspannungstrafo:

Der Hochspannungstrafo hat ein Übersetzungsverhältnis von 1:9,7 und liefert daher sekundär etwa 2250 Volt / 350 mA. Außerdem hat er eine Heizwicklung mit wenigen Windungen; diese liefert etwa 3,5 Volt / 12 A. Die Hochspannungswicklung ist einseitig mit dem Kern des Trafos verbunden.
Der Kern muss UNBEDINGT mit dem Schutzleiter verbunden werden !
Für längerfristigen Betrieb muss der Trafo lüftergekühlt werden.

Hochspannungskondensator:

Der Hochspannungskondensator ist mit 2,3 kV AC belastbar und strombelastbar. Es handelt sich um einen metallgekapselte Ausführung mit Diarylethan Dielektrikum. Das Gehäuse des Kondensators muss UNBEDINGT mit dem Schutzleiter verbunden werden !

Hochspannungsdiode:

Die Diode ist normalerweise eine 12 kV / 500 mA Type mit der sinnigen Bezeichnung HV 05-12. Wer möchte, kann diese Dioden übrigens in beliebiger Stückzahl bei meinem Lieblingsversandhaus www.askjanfirst.de bestellen.

Magnetron:

Das Magnetron ist das wichtigste Teil des Apparats. An sich handelt sich dabei um eine Vacuumröhre mit etlichen Besonderheiten. Von außen erkennbar sind Kühlrippen, die eigentliche Röhre sitzt im Zentrum der Kühlrippen.
Das Herzstück der Röhre ist eine Anode, die eine lamellenförmige Innenkontur aufweist. Oberhalb und unterhalb der Anode sind Ferritmagnetringe montiert. Im Zentrum sitzt die beheizte Kathode. Die Anode ist mit dem Gehäuse des Magnetrons verbunden. Das Gehäuse = Anode muss UNBEDINGT mit dem Schutzleiter verbunden werden ! Dies bedeutet, dass bei Mikrowellengeräten der Hochspannungsanschluss gegenüber der Gerätemasse = Erde ein Potential von etwa MINUS 4000 Volt führt.

Was hat es nun mit der lamellenförmigen Innenkontur auf sich ?

Jeder Raum zwischen den einzelnen Lamellen stellt einen kleinen L-C-Hohlraumresonator dar.
(C ist die Kapazität der Lamellen zueinander, L ist die Induktivität der Lamellenlänge als Leiter betrachtet)
Alle Resonatoren haben dieselbe Resonanzfrequenz von 2,45 GHz. Die von der Glühkathode ausgesendeten Elektronen werden im Magnetfeld abgelenkt und auf eine Kreisbahn gezwungen. (siehe Lorenzkraft; Fadenstrahlrohr) Die auf der Kreisbahn umlaufenden Elektronen streichen an den Lamellen vorbei und regen dabei Schwingungen in den einzelnen Resonanzkammern an. Jede Schwingung in einer Kammer sendet eine Elektronenlawine aus. Die Resonanzkammern sind kapazitiv an den kreisförmigen Elektronenraum gekoppelt. Die geometrischen Abmessungen sind nun so gewählt, dass die Umlaufzeit der "Elektronenlawinen" von einer Kammer zur nächsten identisch ist mit Resonanzschwingungsdauer der Kammer selbst.
Somit gerät das gesamte System in eine Eigenresonanzschwingung.

Anschauliches Beispiel: Sechs Personen stehen im Kreis und atmen einmal in der Sekunde. Gleichzeitig wird ein Luftballon ringsum gereicht. Der Weiterreichtakt ist ebenfalls eine Sekunde. Jede Person atmet nun jeweils in den Ballon aus und die letzte gibt den geladenen Ballon ab und schiebt denselben in ein Rohr. (= Antenne)
In der Mitte steht der Typ, der die leeren Ballons an Person 1 im Kreis abgibt.

Alle geradzahligen Lamellen sind mit einem Kupferring verbunden. Alle ungeradzahligen Lamellen sind mit einem anderen Kupferring miteinander verbunden. Dies verhindert, dass die Resonatoren mit vielfachen der Resonanzfrequenz schwingen. (Oberschwingungen) sondern wirklich nur auf der gewünschten 2,45 GHz Frequenz.

Der Antennenstummel des Magnetrons ist an eine der Lamellen angeschlossen. Darüber wird die HF ausgekoppelt.

Hinten am Magnetron ist der Anschlusskasten mit den Heizanschlüssen. (=Filament) Ein Anschluss ist mit F gekennzeichnet, der andere Anschluss mit FA. Der FA Anschluss wird mit -4 kV verbunden. Im Anschlusskasten sind zwei HF Drosseln eingebaut, damit keine HF über die Heizanschlüsse herausdringen kann.

Der Wirkungsgrad liegt bei 70-80%, daher müssen ca. 200 Watt an Wärme zuverlässig abgeführt werden. Ein popeliger CPU Lüfter reicht hier absolut nicht: Schalten Sie zwei 230 V Lüfter mit 3000 1/min (z.B. PAPST-Lüfter) hintereinander und lassen Sie diese direkt kanalisiert ins Lamellenpaket blasen.

D-Die elektr. Schaltung

Die Schaltung besteht nur aus wenigen Teilen.

Zunächst folgendes:

-Trafokern
-Kondensatorgehäuse  
-Magnetrongehäuse
-Kathode der Diode (Kathode=Kringel)

werden ZUVERLÄSSIG auf eine Kupferschiene oder einen dicken Kupferdraht verdrahtet und diese Kupferschiene dann ZUVERLÄSSIG an den Schutzleiter angeschlossen.

Die restliche Verdrahtung, die allesamt hochspannungsfest erfolgen muss, ist
dem Schaltplan zu entnehmen.

Die Schaltung weist eine Besonderheit auf: Eine Spannungsverdopplung. In der positiven Halbwelle leitet die Diode, und der Kondensator wird aufgeladen. In der negativen Halbwelle liegt der geladene Kondensator und die Trafospannung in Reihe; die Spannung wird verdoppelt.  Am Magnetron liegen an der Kathode (= an den Heizanschlüssen ) also - 4000 V an; bezogen auf Gehäusemasse.

E-Kalt-Testlauf

TIPP: Wenn Sie mit der Verdrahtung fertig sind, dann schließen Sie erstmal das ganze nicht an 230 V AC an, sondern schließen Sie es an 12 V AC an. Am Magnetron an der Kathode müssen dann etwa -200 Volt DC anliegen, an der Heizung etwa 0,17 Volt AC. Bei diesen Spannungen kann das Magnetron nichts abstrahlen und man kann relativ gefahrlos messen.

G-Gehäuse

Ich benutze gerne Holzgehäuse mit Plexiglasfront. Das Plexiglas hat den Vorteil dass man gut isoliert Buchsen einbauen kann. Außerdem sieht man von außen, falls innen drin was abfackelt. Auf jeden Fall muss bei diesem Projekt alles Top isoliert sein.

H-Antenne

Der eigentliche Knackpunkt und das Knoff-Hoff bei der Sache ist die Abstrahlantenne. Hier sind eingehende theoretische Betrachtungen und Berechnungen erforderlich, Phi x Daumen funktioniert rein gar nicht.

Die Auslegungsdaten sind wie folgt:

Magnetronresonanzfrequenz    f            2,45 * 10^9 Hz
Lichtgeschwindigkeit               c            3,0 * 10^8 m/s
Wellenlänge           Lambda = c/f        0,122 m = 122 mm

Es kommt eine parabelförmige Hornantenne zum Einsatz.
 
Der Fokuspunkt der Parabel liegt bei p = Lambda / 8 ; also bei 15,25 mm.

Die Parabelgleichung lautet:  x = wurzel (4 * p * z)

wobei die z-Koordinate der Abstand von Parabelscheitel "in Schussrichtung" ist
und die y-Koordinate die halbe Hornbreite.

Hier eine Wertetabelle:

z(mm)        x(mm)

0             0
5            17
10          25
20          35
40          49
50          55
100        78
150        96
200        111
250        124
300        136
350        146
370        151

Das Horn welches auf den Fotos zu sehen ist hat folgende
Innenabmessungen in mm:

z        370
2x      302
y        40

Das Horn wurde mit Hilfe einer Holzbiegeschablone und Spiegelkleber aus Alublechen angefertigt.

Eines der Aludeckplatten bekommt eine Bohrung D=20mm und zwar EXAKT IM FOKUSPUNKT; also 15,25 mm vom Scheitelpunkt der Parabel entfernt auf der Mittelachse. Dort kommt der Antennenstummel des Magnetrons rein.

I-Warminbetriebnahme

Wir stellen das ganze in den Garten und nehmen ein Verlängerungskabel mit ca. 10 meter Länge zur Hand. Vor dem Horn befindet sich auch in großer Entefernung NICHTS UND NIEMAND. Der Lüfter läuft. Lediglich eine defekte Energiesparleuchte legen wir in die Nähe des Hornaustritts. Ca. 5 sec nach dem Einschalten des Geräts (wir befinden uns weit weg) leuchtet die Energiesparlampe auf, was die enorm hohe Feldstärke anzeigt.

J-Anwendung

Die Strahlung killt jeden Holzwurm in einem Balken ohne Giftstoffe.
Die Strahlung vernichtet jedes elektronische Halbleiter-Gerät auf kurze Entfernungen.
Selbst auf Entfernungen über zehn Meter werden Handys massiv gestört und die Wiedergabe von CDs ebenso. Da die Strahlung mit der Netzfrequenz pulsiert,
wirkt das Strahlenbündel besonders störend.
_____________________________________

19.07.09 Wank.