Техника - молодёжи 1950-08, страница 13

искровой передатчик. Они получили широкое применение в технике наших дней. Погюв же заметил, что короткие радиоволны, «встречая на споем пути большие предметы, отражаются ими, то-есть открыл принцип радиолокации.

В обычном радиовещания применяются радиоволны длиной от тысячи нескольких десятков метров. На этих частотах, как вы уже знаете, успешно работает электронная лампа — радиолампа Для работы на более высоких частотах обычная радиолампа становится уже непригодной: даже ее сверхлегкие детали, электроны, не успевают перелетать с одного электрода иа другой, следуя за изменением электрического поля.

С этой трудностью боролись, уменьшая в лампах расстояния между электродами к увеличивая напряжение между ними, тем самым увеличивая скорость электронов и одновременно уменьшая их пробег. Улучшениям, достигаемым таким путем, однако, скоро наступает предел, так как дальнейшее уменьшение размеров электродов ограничено конструктивными возможностями, а увеличение напряжения иа электродах — пределом электрической прочности изоляторов на пробой.

В результате обычное напряжение на генераторных лампах не превышает нескольких тысяч вольт, достигая в отдельных случаях десятков тысяч вольт. На -волнах меньше одного метра (частота более 300 миллионов герц) начинают отказывать в работе и эти лампы.

Кроме высокочастотных триодов {триод — лампа, состоящая из трех частей — катода, анода и -сетки), работающих по этому принципу, были сконструированы электронные лампы и совсем иного типа, открывшие новые возможности генерирования высокой частоты. К ним относятся клистрон, магнетрон и другие устройства.

Ученые прибегнули к новому способу использования наших стремительных работников — электронов. До сих пор, км мы видели, лампа осуществляла главным образом быстрые переключения электрического тока, который и производил нужную работу При этом кинетическая энергия быстро-летящих электронов бесполезно расходовалась на нагревание анода. Чем больше анодное напряжение, чем больше электронный поток, тем больше энергии пропадает даром. И вот были созданы электронные лампы, в которых энергия стремительного потока- электронов через посредство электрического и магнитного поля в самой лампе превращается в энер1ию колебаний высокой частоты. В таких лампах резонаторами, образующими колебательный контур с малой емкостью и индуктивностью, являются сами электроды. Электроны летят в электрическом и магнитном полях этот контура. При этом нужно отметить одну закономерность: если поле направлено так, что ускоряет электроны, его энергия тратится на это; но если электроны тормозятся полем, то, напротив, в этот момент поле получает от них энергию и усиливается.

Посмотрим, что получится, если переменное, колеблющееся ноле пересекут один за другим «сгустки» электронов.

Если эти «сгустки» будут попадать во встречное, тормозящее поле, колебания станут усиливаться. Пересекать поле резонатора «сгустки» должны в определенный момент к в определенной фазе его колебания, чтобы попасть именно в тормозящее поле. Как видите, самое время пролета электронов здесь используется нами полезно: пока подходит очередной электронный пакет, поле в резонаторе успевает из-ъшшьеи соответствующим образом.

На рисунке 2 изображен резонатор клистрона, в котором создаются высокочастотные колебания. Оя имеет вид плоской

Сверхвысокочастотная радиолампа клистрон. Из первого резонатора различные электронные пучки выходят с различными скоростями, и их непрерывный поток на определенном расстоянии разбивается на отдельные «сгустки». Здесь поставлен второй резонатор; электронные «сгусткипопадая в такт высокочастотным колебаниям„ раскачивают их мощными ударами своего электрического поля.

металлической коробочки с раздутыми стенками в форме Шины; по его оси в стенках коробочки имеются отверстия для прохождения электронного пучка. Зачем понадобилась такая странная форма? Она появилась не случайно.

Изображенный на рисунке простейший колебательный кон-тур хорошо знаком всем, кто занимался радиотехникой. Он состоит из конденсатора и только одного витка катушки индуктивности. Поверните этот контур вокруг оси конденсатора, и вы опишете им поверхность нашего резонатора. В целом конденсатор состоит как бы из двух дисков с отверстиями в центре, причем он со всех сторон окружен параллельно включенными витками; смыкаясь, они образуют сплошную поверхность. При параллельном соединении витков их индуктивность уменьшается. (А чем меньше индуктивность (и емкость!), тем короче волна \и что то же, выше частота собственных колебаний контура. Пластинки конденсатора пришлось сблизить, чтобы электронный поток пересекал его быстрее. В резонаторах подобной формы электрическое и магнитное поле целиком заключено внутри полости, отчего сильно уменьшаются вредные потерн энергии колебаний.

Через отверстие в стенках, пересекая резонатор, мчится электронный поток, состоящий из отдельных «сгустков». Проносясь мимо первой обкладки конденсатора, «сгусток» своим полем вызывает мощный отлив электронов в металле; обтекая резонатор, они приливают ко второй обкладке, конденсатор заряжается. Таким образом, в резонаторе возбуждаются колебания: электронная волна -приливает то к одной, то к другой стенке, соответственно колеблется и электрическое поле между ними, меняя величину и направление своих сил.

Вслед за первым «сгустком» идет второй, третий.,. Нужно только, чтобы они попадали в такт колебаниям, как говорят— в резонанс собственной частоге резонатора, и каждый раз —в тормозящее поле. Тогда в резонаторе будут поддерживаться незатухающие колебания.

Получить электронные «сгустки», следующие один за другим через равные промежутки времени, сумели довольно простым способом.

Пусть в таком же резонаторе уже возбуждены электрические колебания; пропустим через него непрерывный однородный электронный поток. Переменное поле по-разному изменяет скорости проходящих электронов. Иные, попав в тормозящее поле, слегка замедляюгея. Те, которые прошли в момент, когда поле было равно нулю, скорости не изменяют. Следующие за ними электроны попадают в ускоряющее поле. Получается, таким образом, что электроны, пролетевшие раньше, затормозились, а пролетевшие позже — ускорились. Электронный поток еще не изменился по форме, но в нем произошла так называемая фокусировка по скоростям. На определенном расстоянии, зависящем от средней скорости электронов, ускоренные электроны нагоняют замедленные, и равномерный поток разбивается на отдельные «сгустки». Вот тут-то и ставится главный рабочий резонатор, действие- которого мы уже описывали. Часть его колебательной энергии используется для возбуждения колебаний в первом резонаторе — это не что иное, как обратная связь ультравысокочастотного генератора, — а остальная посылается в пространство.

Но как вывести колебания поля из закрытого резонатора и передать их в антенну? Техника передачи колебаний сверхвысокой частоты совсем не похожа на передачу обычного переменного тока. В ней применяются трубы с проходящим по середине стержнем — коаксиальные кабели и полые трубы круглого и прямоугольного сечения — волноводы. С полостью резонатора их можно соединить с помощью петельки, как показано на рцеуике. Есть и другие способы вывести наружу электромагнитные колебания.

В работе современных радиолокационных установок применяется и другая электронная лампа — магнетрон. В магнетроне резонаторы имеют подковообразную форму (вы легко обнаружите и здесь элементы колебательного контура —