Historia radiolokacji

Historyczny przegląd rozwoju magnetronu

1912 Szwajcarski fizyk Heinrich Greinacher próbował wykorzystać lampę diodową z cylindrycznie symetrycznym ułożeniem anody pod równoległym do osi polem magnetycznym do pomiaru stosunku ładunku elektronu do jego masy. Eksperyment praktyczny nie powiódł się z powodu braku próżni w rurze i w konsekwencji niedostatecznego wycieku elektronów z katody. Greinacher dostarczył fundamentalny matematyczny opis zmian w ruchu elektronów pod wpływem pola magnetycznego.

1921Albert W. Hull z General Electric Company podjął ten układ eksperymentalny i badał ruch elektronów pod wpływem jednorodnego osiowego pola magnetycznego. Zauważył on możliwość sterowania przepływem elektronów do anody poprzez zmianę pola magnetycznego.

Hull chciał opracować dla swojej firmy sterowany magnetycznie przekaźnik lub wzmacniacz, który miałby konkurować z lampami wzmacniającymi (triodami) firmy Western Electric Company. Odniósł się również do możliwości generowania oscylacji o wysokiej częstotliwości. Swój wynalazek nazwał „magnetronem“.

1924 Niezależnie od siebie Erich Habann w Jenie (Niemcy) i Napsal August Zázekk w Pradze (Czechy) opracowali magnetrony do generowania drgań o wysokiej częstotliwości. Haban sformułował warunki, w których równolegle do rezonatorów może powstać ujemny opór, aby skompensować ich tłumienie i wygenerować nietłumioną oscylację. W przeciwieństwie do Hulla, używał stałego pola magnetycznego, co jest dziś powszechne w działaniu magnetronu. Jego magnetron używał anody szczelinowej i mógł wytwarzać oscylacje o częstotliwości około 100 MHz. Anoda Zázka była już wykonana z jednego bloku i mogła generować częstotliwości do 1 GHz.

1929 Przełom nastąpił wraz z generacją magnetronów na falach centymetrowych autorstwa Kinjiro Okabe z Uniwersytetu Tohoku w Sendai w Japonii. Jego magnetron pracował z częstotliwością 5,35 GHz.

1935Hans Erich Hollmann dalej rozwija magnetron szczelinowy i 27 listopada 1935 roku sformułował patent na magnetron z kilkoma rezonatorami. Patent ten został również przyznany w Ameryce jako US Patent 2,123,728 w dniu 12 lipca 1938 roku - na długo przed pracami Johna Randalla i Henry'ego Boota w lutym 1940 roku.

1940 Mimo tego, magnetron wielokomorowy opracowany przez dwóch inżynierów z Uniwersytetu Birmingham, Johna Randalla i Henry'ego Boota, był kamieniem milowym, który odwrócił losy wojny U-bootów z Niemcami z 1940 roku. Po prostu zbudowali magnetron z większą liczbą rezonatorów niż cztery, aby zwiększyć efektywność generowania wysokich częstotliwości, a także zaopatrzyli blok anodowy w chłodzenie wodne, aby uzyskać wyższą wydajność. Magnetron ten został wykorzystany do masowej produkcji lekkiego nadajnika radarowego, który pozwalał na uzyskanie mocy impulsu 15 kW przy częstotliwości 3 GHz. W radar ten wyposażone były bombowce B-17.

Ten mały, ale potężny radar umożliwiał lokalizowanie i angażowanie okrętów podwodnych, które pod osłoną nocy musiały wypływać na powierzchnię, aby naładować swoje akumulatory. Ponieważ zysk anteny jest proporcjonalny do częstotliwości nadawania, tak wysoka częstotliwość pozwoliła na uzyskanie bardzo efektywnej anteny o bardzo dobrej dokładności (również odwrotnie proporcjonalnej do częstotliwości nadawania), a także zdolności rozdzielczej w pomiarach kątowych.

Wyniki badań Henry'ego Guttona nad zastosowaniem katod z tlenku baru w magnetronie wielostrumieniowym zostały przywiezione do Anglii przez Maurice'a Ponte z General Society for Wireless Telegraphy na krótko przed okupacją Francji. Tam zostały włączone w ciągły rozwój Randall i Boot. Katody z tlenku baru mają niższą temperaturę w porównaniu z katodami wolframowymi przy porównywalnej emisji elektronów, co powodowało, że magnetrony działały znacznie dłużej.

Henry Tizard stanął na czele delegacji, która w czasie Bitwy o Anglię przywiozła do Stanów Zjednoczonych Ameryki wszystkie dostępne wcześniej wyniki badań. Tam rozpoczęto masową produkcję lamp magnetronowych na potrzeby wojenne.

1941 Północnoirlandzki fizyk James Sayers opracował magnetron z pierścieniami zwarciowymi.

1942 W niemieckich zestawach radarowych klystrony były obecnie preferowane od magnetronów, ponieważ miały znacznie lepszą stałość częstotliwości. Dopiero pod koniec II wojny światowej, analizując zdobyte urządzenia, dostrzeżono zalety zakresu mikrofalowego, który można było kontrolować za pomocą magnetronów, tym bardziej, że w tym czasie nie było możliwości zagłuszania tych urządzeń. Na przemysłowe wdrożenie wyników badań było już jednak za późno.
Ref.: Forschung, Rüstung und Krieg, przez Christopher Schumacher