Магнетрон (от греч. μαγνήτης — магнит и электрон) – электровакуумный прибор, мощный генератор электромагнитных волн сантиметрового диапазона, в котором взаимодействие электронов с электрической составляющей поля СВЧ происходит в пространстве, где постоянное магнитное поле перпендикулярно постоянному электрическому полю.
Электроны, испускаемые с поверхности катода, попадают в пространство взаимодействия, где на них воздействует постоянное электрическое поле анод-катод, постоянное магнитное поле и поле электромагнитной волны. Если поместить электрон в скрещенные постоянное электрическое и постоянное магнитное поля, то он будет двигаться по кривой, которую описывает точка на круге, катящемся по внутренней поверхности окружности большего радиуса (эпициклоида). При достижении определенного уровня мощности магнитного поля происходит магнитное запирание диода, то есть электрон не может достичь анода. В таком режиме некоторая часть электронов движется по эпициклоидам в пространстве анод-катод. Так как в магнетроне помимо постоянных полей существует собственное поле электронов, а также статистические эффекты (дробовой шум), то под их действием в образовавшемся электронным облаке возникают неустойчивости, которые приводят к генерации электромагнитных колебаний, которые в свою очередь усиливаются резонаторами. Скоростью движения электронов можно управлять с помощью электрического поля возникшей электромагнитной волны. В случае, когда электрон ускоряется полем волны, то радиус его циклотронного движения уменьшается, он отклоняется в направлении катода, а энергии передается от волны к электрону. Если же электрон тормозится полем волны, то его энергия передаётся волне, при этом циклотронный радиус электрона увеличивается и он получает возможность достигнуть анода. Поскольку электрическое поле анод - катод совершает положительную работу только если электрон достигает анода, энергия всегда передаётся в основном от электронов к электромагнитной волне. Следует заметить, что передача энергии от электрона к волне максимально эффективна в случае совпадения средней скорости вращения электрона вокруг анода с фазовой скоростью волны, иначе один и тот же электрон попеременно ускоряется и тормозится волной, в результате эффективность передачи энергии невелика. Электроны, удовлетворяющие данному условию, группируются в сгустки, вращающиеся вместе с полем. Многократное, в течение ряда периодов, взаимодействие электронов с полем и фазовая фокусировка в магнетроне обеспечивают высокий коэффициент полезного действия и возможность получения больших мощностей.
 

Магнетрон состоит из анодного блока, который представляет собой, как правило, металлический толстостенный цилиндр с прорезаными в стенках полостями, выполняющих роль объёмных резонаторов. Резонаторы образуют кольцевую колебательную систему.
Соосно анодному блоку закрепляется цилиндрический катод. Внутри катода закреплён подогреватель. Магнитное поле, параллельное оси прибора, создаётся внешними магнитами или электромагнитом.
Для вывода СВЧ энергии используется, как правило, проволочная петля закреплённая в одном из резонаторов или отверстие из резонатора наружу цилиндра.
Резонаторы магнетрона представляют собой замедляющую систему, в них происходит взаимодействие пучка электронов и электромагнитной волны. Поскольку эта система в результате кольцевой конструкции замкнута сама на себя, то её можно возбудить лишь на определённых видах колебаний, из которых важное значение имеет π-вид. Этот вид колебаний назван так потому, что напряжения СВЧ на двух соседних резонаторах сдвинуты по фазе на π.
Для стабильной работы магнетрона (во избежание перескоков во время работы на другие виды колебаний, сопровождающихся изменениями частоты и выходной мощности) необходимо, чтобы ближайшая резонансная частота колебательной системы значительно отличалась от рабочей частоты (примерно на 10 %). Так как в магнетроне с одинаковыми резонаторами разность этих частот получается недостаточной, её увеличивают либо введением связок в виде металлических колец, одно из которых соединяет все чётные, а другое все нечётные ламели анодного блока, либо применением разнорезонаторной колебательной системы (чётные резонаторы имеют один размер, нечётные — другой).
Отдельные модели магнетронов могут иметь различную конструкцию. Так, резонаторная система выполняется в виде резонаторов нескольких типов: щель-отверстие, лопаточных, щелевых и т. д.

В радарных устройствах волновод подсоединён к антенне, которая может представлять собой как щелевой волновод, так и конический рупорный облучатель в паре с параболическим отражателем (так называемая «тарелка»). Магнетрон управляется короткими высокоинтенсивными импульсами подаваемого напряжения, в результате чего излучается короткий импульс микроволновой энергии. Небольшая порция этой энергии отражается обратно антенне и волноводу, где она направляется к чуствительному приёмнику. После дальнейшей обработки сигнала он, в конце концов, появляется на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) в виде радарной карты.

В микроволновых печах волновод заканчивается отверстием, прозрачным для радиочастот (непосредственно в камере для готовки). Важно, чтобы во время работы печи в ней находились продукты. Тогда микроволны поглощаются вместо того, чтобы отражаться обратно в волновод, где интенсивность стоячих волн может вызвать искрение. Искрение, продолжающееся достаточно долго, уничтожит магнетрон. Если в микроволновой печи готовится небольшое количество пищи лучше поставить в камеру ещё и стакан воды для поглощения микроволн.